Медицина - Учебники на русском языке - Скачать бесплатно
А. Степанов
Основы медицинской гомеостатики
(Лекции по теории и практике биоинформационных коррекций)
Москва 1993
УДК 519.7
ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОЙ ГОМЕОСТАТИКИ.(Лекции по теории и практике биоин-
формационных коррекций)./Степанов А.М. - Москва: -1993.-222 с. -библи-
огр.: 169. Ил. 37.
Монография посвящена системным методам анализа переноса и реализации
информации в биологии и медицине. Излагаются основополагающие принципы
гомеостатики как нового направления науки о принципах управления, ис-
пользующей закон единства и борьбы противоположностей в природных и со-
циальных системах. Показываются теоретические основы нейрофизио-логичес-
ких механизмов информационных взаимодействий между врачом и пациентом, а
также практические методы освоения и применения методов дистантного био-
информационного регулирования состояния организма больного.
Рекомендовано к печати решением Совета кафедры электропунктуры мето-
дом доктора Р.Фолля и гомеопатии института повышения квалификации врачей
при Министерстве здравоохранения Российской Федерации.
ТОО "СТАМ" - Системы Традиционной и Альтернативной Медицины
Кафедра электропунктуры методом доктора Р.Фолля и гомеопатии Цент-
рального Института повышения квалификации врачей при Министерстве Здра-
воохранения Российской Федерации.
Редактор Черкашина Е.А.
Степанов А.М., 1993
ПРЕДИСЛОВИЕ
Концепция Вернадского о единстве мироздания в настоящее время все
больше находит признание в научном мире. Представляется, что это
единство прежде всего должно проявляться в общности механизмов организа-
ции и управления систем различной природы. При этом следует учитывать,
что все ультрасложные системы (живые, социальные, экономические и т.д.)
являются гомеостатическими, т.е. для их устойчивого существования необ-
ходимо поддержание постоянства жизненно важных параметров и функций.
Этому служат некоторые общие механизмы управления - гомеостаты, которые
в основном определяют жизнь, болезни и гибель таких систем. Отсюда необ-
ходимо изучение этих механизмов и учет полученных знаний при решении ши-
рокого спектра задач, имеющих гомеостатический характер. Все это, как
раз, является предметом гомеостатики - новой ветви развития кибернетики.
В настоящее время гомеостатика уже получила определенное признание
так на VIII международном конгрессе по кибернетике и системам в Нью-Йор-
ке в 1990 г. была создана новая секция - "гомеостатика"; вышла коллек-
тивная монография "Гомеостатика живых, технических, социальных и эколо-
гических систем", 1990 и большая статья о гомеостатике в престижном
сборнике "Cybernetics and Applied Systems", New York, 1992; наш семинар
по гомеостатике стал ассоциативным членом Всемирной организации систем и
кибернетики (WOSC).
Применительно к медицине необходимость в создании науки, занимающейся
изучением механизмов антагонистического управления в живых организмах,
существует уже давно (наиболее ярко эта необходимость сформулирована в
статье Д.А. Саркисова в журнале "Клиническая медицина", 1990, ь 1).
В настоящее время имеется множество исследований и публикаций, посвя-
щенных вопросам гомеостатики в живых организмах. Однако все они исходят
из классической концепции "черного ящика". Лекции же А.М. Степанова -
это первый существенный вклад в медицину, в котором автор, исходя из
классической концепции "серого ящика", рассматривает структуру и
свойства информационной единицы жизни.
В своих лекциях автор сначала кратко излагает содержание основ гоме-
остатики, а затем привносит свой оригинальный материал по развитию ее
фундамента. В частности, им дана гомеостатичская трактовка механизмов
наследственного аппарата с подробным анализом работы его составных эле-
ментов. Важным также является то, что автором с позиций гомеостатики
объясняются механизмы действия на человека гомеопатических препаратов и
биополей. Кроме того, автором дается подробное руководство для врачей,
готовящихся использовать в своей практической деятельности биополевую
диагностику и биополевое лечение.
Написание подобного курса лекций с нетрадиционным взглядом на многие
проблемы медицины потребовало от автора не только больших знаний, но и
умения обобщать разноплановый материал, часто далеко выходящий за рамки
медицинских канонов. Такие лекции сейчас, когда в целительстве творится
разгул шарлатанства и непрофессионализма, могут служить определенным пу-
теводителем для практических врачей.
Критически оценивая изложение материалов лекций, вероятно можно было
бы предъявить автору целый ряд претензий. Однако вряд ли это целесооб-
разно делать учитывая, что рассматривается первое издание лекций и в
последующих изданиях автор учтет высказанные ему пожелания и замечания.
В заключение еще раз хотелось бы отметить большой вклад А.М.Степанова в
формирование основ медицинской гомеостатики. Будем надеяться, что нача-
тая им работа по развитию медицинской гомеостатики будет продолжаться им
и его последователями.
Председатель международного семинара по гомеостатике, академик Между-
народной Академии информатизации Ю.М. Горский.
ВВЕДЕНИЕ
Весь окружающий нас мир (макрокосмос) и наш внутренний мир (микрокос-
мос) построены на информационных взаимодействиях. Каждой мельчайшей час-
тице присуща та или иная информационная составляющая, которую оценить
полностью количественно не представляется реальным. Возможно, что коли-
чество информации, которое содержится в любом самом малом объекте все-
ленной, равно бесконечности. Мы же оцениваем только ту часть ее, которую
способны осознано выделить на понятийном уровне. Люди давно поняли эту
особенность нашего мира, выражая ее различным образом в зависимости от
уровня развития современной науки: "В каждой капле отражается вся все-
ленная", "Что в верху, то внизу", "Континуум Вселенной есть триединство
материи, времени и информации". Несмотря на множество таких качественных
высказываний само определение - что такое информация? - до сих пор не
имеет удовлетворительного понятийного описания.
В античное время информацией называли разъяснение, изложение, истол-
кование. К. Шеннон [158] определял ее как снятие неопределенности. У.
Эшби [148] - как количество разнообразия. Марксистская философия инфор-
мацию связывает с понятием отражения: "Информация - это один из видов
осуществления процессов отражения". И. Новик [88] считает, что информа-
ция по отношению к отражению занимает такое же место, как энергия по от-
ношению к движению. Энергия - это качественная и количественная характе-
ристика движения... Информация, подобно этому, представляет собой ка-
чественную и количественную характеристику организованности отражения. В
Библии об информации говорится как о Божественной ипостаси: "В начале
было Слово (Логос). И Слово было у Бога" [9]. В диалектическом учении
Гегеля [28] эта мысль блестяще разворачивается. В сущности, под словом
"идея" Гегель подразумевает слово "информация", ее движение и развитие.
Метафизика считает информацию продуктом духовной деятельности, проявле-
нием абсолютно иного, трансцендентного. Действительно, информация, буду-
чи неразрывно связанной с материей и энергией, не может отождествляться
ни с материей, ни с энергией. Она неотъемлемое свойство Универсума на
всех уровнях его проявления.
Если законы преобразования вещества и энергии достаточно хорошо изу-
чены, то закономерности получения и преобразования информации еще мало
познаны и нет универсального математического аппарата для их описания. В
самых последних разработках в области процессов управления в понятийном
определении что такое информация исходят из системного понятия - органи-
зованности. Организованность - одно из фундаментальных свойств всех ма-
териальных систем, начиная с суб-атомарной и кончая большой системой. На
основе понятия организованности было предложено определять информацию
как атрибут материи, выступающий, с одной стороны, как характеристика
(отражение) организованности материи, а с другой - как средство ее орга-
низации [33]. При этом информация как средство изменения организованнос-
ти материи будет иметь потенциальный характер, если нет исполнительных
органов, реализующих ее в вещественные или энергетические воздействия на
материю.
Информация - это атрибут материи, выступающий в пассивной форме как
отражение организованности (дезорганизованности) материи, а в активной
форме как средство организации (дезорганизации) материи [33].
Таким образом, любой акт представляется не только как материальное
действие, но и одновременно как взаимодействие на информационном уровне.
Это важно нам для рассмотрения процессов управления в организме с точки
зрения адекватного отражения окружающей среды, а следовательно, здо-
ровья. Исторически сложилось так, что источником идей в области процес-
сов управления как интегративной науки, которой является кибернетика,
были науки о живом, в частности физиология и медицина. Идеи кибернетики,
предложенные Н. Винером [23], на заре ее развития казались наукой, кото-
рая будет единственной объединяющей, охватывающей то общее, что есть у
биологических, технических, социальных и природных объектов. На базе ки-
бернетики стали активно развиваться новые науки и дисциплины, например
информатика, искусственный интеллект. Однако реальный мир оказался го-
раздо сложней. Выяснилось, что модели, предлагаемые ею, не позволяют
адекватно формализовать суть тех процессов, которые к настоящему моменту
изучаются учеными различных отраслей знаний, особенно в биологии и меди-
цине. Поэтому в наши дни как дальнейшее развитие кибернетики возникла
гомеостатика.
Гомеостатика формируется на пересечении таких наук и дисциплин, как
кибернетика, системный анализ, биология, медицина, психология, филосо-
фия, социология, искусственный интеллект, экология, экономика и др.
Сущностью гомеостатики является изучение механизмов иерархического
управления сложными системами, обеспечивающих поддержание динамического
постоянства жизненно важных функций, параметров, ритмов и трендов разви-
тия. Гомеостаз проявляется в системах различной природы: от клетки живо-
го организма до сложных технических устройств и социальных систем.
Накопленный колоссальный фактологический материал, описывающий раз-
личные проявления гомеостаза в живых организмах требует глубокого пере-
осмысления и обобщения, поскольку в биологии и медицине исследования
проводились в основном под углом зрения физиологических и биохимических
процессов. Гомеостатика не должна и не может подменять собой медицинские
и биологические науки, поскольку задачей гомеостатики, прежде всего, яв-
ляется изучение общих механизмов управления гомеостатического типа, вы-
явления в них роли кооперации, конкуренции и конфликта и установления с
управленческих позиций аналогий между системами различной природы.
ЧАСТЬ I.
ГОМЕОСТАТИКА КАК НАУЧНАЯ ДИСЦИПЛИНА
История развития гомеостатики
Изначально понятие гомеостазиса, впервые сформулированное У. Кенноном
на основе идей К. Бернара, содержало изложение лишь некоторого общего
принципа поддержания постоянства внутреннего состояния в живых системах
без раскрытия механизмов управления, которые обеспечивают реализацию
этого принципа [8,159,160,161].
Первая попытка модельного проникновения в сущность явления гомеоста-
зиса и установления возможных механизмов, лежащих в основе его управле-
ния, принадлежит Р. Эшби [157], построившему модель ультраустойчивой
системы, названной им гомеостатом. Гомеостат Эшби, представлявший собой
систему потенциометрических схем, воспроизводил лишь функциональные сто-
роны явления и не имел целью адекватное отображение сущности тех процес-
сов, которые лежат в основе гомеостазиса живых систем.
Следующий важный шаг в развитии гомеостатики внес С. Бир. Он указал
на два новых принципиальных момента: иерархический принцип построения
гомеостатических структур для управления сложными объектами и принцип
живучести. Бир сделал определенные попытки по использованию некоторых
гомеостатических принципов при практической разработке организационных
структур управления, где пытался провести некоторые кибернетические ана-
логии между живой системой и сложным производством [11].
В дальнейшем было несколько этапов развития, подъемов и спадов. Здесь
можно выделить такие направления исследований, проводившихся "под фла-
гом" гомеостаза, как физиологические и морфологические (Р.Харди [137],
Г.Н.Кассиль [60], В.М.Дильман [42], Д.С.Саркисов [105] и др.); модельные
с использованием классических методов теории автоматического регулирова-
ния (В.Н.Новосельцев [89] и др.).
Качественно новый этап в развитии этого направления наступил после
опубликования идей и формальной модели гомеостата отечественным ученым
Ю.М.Горским [33] в начале 80-х годов.
Как пишет Ю.М.Горский [34], толчком к созданию новых взглядов и ново-
го концептуального уровня рассмотрения явлений природы явилась беседа
его с Гансом Селье. Критикуя существующие методы моделирования управле-
ния в живом за то, что они не рассматривают антагонистических отношений
между частями живого, Г.Селье сказал примерно следующее: "...если удаст-
ся включить в модели, отражающие работу живых систем, противоречия, да
еще при этом понять, почему природа, создавая живое, пошла по такому пу-
ти, - это будет новым прорывом в тайны живого с большим практическим вы-
ходом".
Можно считать, что в определенной степени это завещание Г.Селье вы-
полнено: такая модель гомеостата разработана и выявлены ее основные
свойства, интенсивно изучаются природные способы реализации единства и
противоположности отношений внутри естественных систем.
Началом формирования гомеостатики можно считать создание Ю.М.Горским
и В.И. Астафьевым постоянно действующего семинара "Гомеостатика живых и
технических систем", который в дальнейшем был прикреплен к Совету по ав-
томатизации научных исследований при Президиуме АН СССР в настоящее вре-
мя как международный семинар.
Работы ведутся в пяти основных направлениях:
- философско-методологические и системные вопросы гомеостатики;
- медико-биологические аспекты гомеостазиса;
- рефлексотерапия и восточная медицина с позиций гомеостатики;
- использование принципов гомеостатического управления в технических
задачах и в искусственном интеллекте;
- природные и экономические аспекты гомеостаза.
В настоящее время накопился колоссальный фактологический материал,
описывающий различные проявления гомеостаза в живых, технических, соци-
альных и экологических системах. Он требует изучения и рассмотрения с
единых методологических позиций, которые сформулированы в формальном ап-
парате общей гомеостатики.
Задачей настоящей работы является осмысление некоторых биологических
и медицинских закономерностей с точки зрения гомеостатического функцио-
нирования живого как единого проявления формы движения материи.
Ниже, в двух последующих главах изложены основные понятия аппарата
общей гомеостатики, модель гомеостата и ее свойства, которые были разра-
ботаны отечественным ученым Ю.М. Горским и изложены в монографиях, мно-
гочисленных публикациях заседаний школы-семинара по гомеостатике, конфе-
ренциях, международных симпозиумах и конгрессах. Для удобства восприятия
специалистов, не имеющих достаточной математической и физической подго-
товки, автор избегает приводить сопровождающие текст формулы и фор-
мальные выражения тех или иных понятий и их взаимосвязей. Читателям, ин-
тересующимся более глубоким проникновением материала, рекомендую два ос-
новных источника: Ю.М. Горский "Системно-информационный анализ процессов
управления".-Новосибирск: Наука, 1988. -327 с. и коллективная монография
"Гомеостатика живых, технических, социальных и экологических сис-
тем".-Новосибирск: Наука, 1990. -350 с.
ПОНЯТИЙНЫЙ АППАРАТ ОБЩЕЙ ГОМЕОСТАТИКИ
Важнейшим понятием гомеостатики является ГОМЕОСТАТ, который служит
механизмом поддержания динамического постоянства функционирования систе-
мы в заданных пределах. Гомеостат - это базисное функциональное понятие
механизма переработки информации. Он реализуется на различных матери-
альных носителях.
В живых организмах гомеостат в отличие от вещественной единицы жизни
- клетки выступает как ИНФОРМАЦИОННАЯ ЕДИНИЦА ЖИЗНИ.
ГОМЕОСТАТ (Homeostat) - структура управления материальными объектами,
содержащая прямые, обратные и перекрестные связи, обеспечивающая в про-
цессе своей работы поддержание гомеостаза, т.е. динамического посто-
янства жизненно важных функций и параметров системы.
Гомеостатическая система - система, состоящая из управляемой части и
управляющей, когда последняя представляет собой гомеостат.
Модель гомеостата и ее свойства
Если рассмотреть весьма упрощенную блок-схему гомеостата (смотри
рис.1а), то она выглядит следующим образом - это двухканальный симмет-
ричный гомеостат с тремя контурами управления: основной, осуществляющий
непосредственное управление; дополнительной адаптации; защитный. Инфор-
мационные сигналы поступают на регулятор-руководитель и разделяется им
на два симметричных потока, которые направляются через регуляторы-испол-
нители, находящиеся между собой в конкурентных отношениях, т.е. имеют
разные знаки на выходе. Практически это выражается в том, что рабочие
точки симметричных регуляторов предварительно разводятся относительно
нулевой точки, что создает как бы противоречие между каналами, которое
является "горячим резервом" гомеостата. Управление этим резервом, также
как и коррекция задания регуляторам, производится регулятором-руководи-
телем. Причем делается это очень "мудро": во всех режимах поддерживается
гомеостаз и не допускается чтобы конкуренция между регуляторами-исполни-
телями перешла в конфликт, т.е. чтобы один из них начал подавлять дру-
гой. "Горячий резерв "вводится только для компенсации больших неожидан-
ных возмущений. Задания между рабочими регуляторами перераспределяется,
если функция одного из них начинает снижаться. Подобный механизм
действует вплоть до полного отключения одного их них.
Различные возмущения, действующие на саму систему управления, могут
нарушать работу всего управления и привести к полной дезорганизации
функционирование объекта. Рис. 1. Блок-схема модели основного контура
гомеостата
а) основной контур; б) выходная характеристика при конкурентных отно-
шениях; в) выходная характеристика при союзнических отношениях.
Обозначения: Р3 - регулятор-руководитель; Р1,Р2 регуляторы-исполните-
ли, находящиеся в конкурентных отношениях; R1, R2, R3 - три уровня отно-
шений: R1 - между исполнителями и управляемым объектом, R2 - между ис-
полнителями, R3 - между исполнителями и руководителем; О - объект регу-
лирования; u1, u2 - управляющие сигналы с противоположно направленными
знаками; y1, y2 - обратная связь от объекта регулирования на регулято-
ры-исполнители; y3 - обратная связь на регулятор-руководитель и выход
сигнала на внешние структуры; Xs - входной сигнал; Ys - выходной пара-
метр.
В технике существует три основных способа защиты системы управления
от действия на нее помехи: создание специальных экранов, использование
различных фильтров и самокомпенсация, т.е. управление; дополнительной
адаптации; защитный. Информационные сигналы поступают на регулятор-руко-
водитель и разделяются им на два симметричных потока, которые направля-
ются через регуляторы-исполнители, находящиеся между собой в конкурент-
ных отношениях, т.е. имеют разные знаки на выходе. Практически это выра-
жается в том, что рабочие точки симметричных регуляторов предварительно
разводятся относительно нулевой точки, что создает как бы противоречие
между каналами, которое является "горячим резервом" гомеостата. Управле-
ние этим резервом, также как и коррекция задания регуляторам, произво-
дится регулятором-руководителем. Подавление помехи внутри самого управ-
ления посредством тех или иных информационных преобразований. Первые два
способа защиты от помехи являются пассивными, а последний активным.
Гомеостат живого организма не содержит в своем составе (по крайней
мере для электромагнитных возмущений) явно выраженных экранов или
фильтров, поэтому можно полагать, что основным способом защиты гомеоста-
та от проникающей помехи является способ самокомпенсации. Вероятно,
именно этот фактор в значительной степени повлиял на отбор природой та-
кой структуры гомеостата. Сильная помеха оказывает двоякое действие на
систему управления живого организма: для верхних уровней она служит ос-
новной информацией для запуска соответствующих адаптационных механизмов,
а для нижних выполняет роль вредных воздействий, которые, если их не
скомпенсировать, могут нарушить поддержание различных гомеостазов.
Чтобы изучать механизмы обеспечения гомеостаза, необходимо иметь ими-
тационную модель, на которой можно было бы проигрывать различные режимы
работы гомеостата. Такая имитационная модель была создана на основе сис-
темы уравнений, где регуляторы представлены минимально достаточными за-
конами управления: для Р1, Р2, Р3 - пропорционально-интегральным зако-
ном, а для управления внутренним противоречием - пропорционально-диффе-
ренциальным законом. Минимальная достаточность системы уравнений, описы-
вающих поведение гомеостата, заключается в минимальности заложенных за-
конов регулирования, но достаточна с точки зрения отражения работы ос-
новных механизмов, которые действуют в гомеостате. Обратные связи для
упрощения имитационной модели представлены как линейные и независимые,
хотя в живых организмах они могут быть нелинейными и зависимыми, напри-
мер скоростно-чувствительными и концентрационно-чувствительными. Управ-
ляемый объект был представлен в виде звездообразной схемы замещения пе-
редаточных функций. Эффект от такого регулирования при демпфировании
больших возмущений будет тем большим, чем глубже внутреннее противоречие
внедряется в объект.
Следует учесть, что в этом случае будут соответственно большими избы-
точность и непроизводительные потери - своего рода "плата" за лучшие по-
казатели в отношении качества регулирования, надежности и т.д. Вероятно,
именно это обстоятельство послужило причиной, что такой способ регулиро-
вания еще не нашел применения в технике. Однако сейчас, когда резко воз-
растают требования к живучести, помехозащищенности систем управления
особенно ответственными объектами, гомеостатические принципы управления
будут привлекать все большее внимание и в технических задачах.
В разработанной схеме модели гомеостата новыми моментами являются:
наличие противоречия между каналами и управление этим противоречием как
"горячим" резервом; согласование управления заданиями Р1 и Р2 со стороны
Р3; введение дифференциального метода включения каналов и сам объект с
сохранением принципа конкурентного управления.
Для иллюстрации хороших динамических свойств гомеостата ниже приво-
дится компьютерная осциллограмма переходного процесса при большом скач-
кообразном возмущении, подаваемом в точку суммирования u1 и u2. Из ос-
циллограммы (рис. 2а) видно, что при относительно сильном возмущении
(q0/xst=5) гомеостаз быстро восстанавливается.
Рис. 2. Переходные процессы при скачкообразном возмущении в объекте.
а- величина возмущения q0 = 100; б- предварительное отключение Р1 и за-
тем приложение возмущения q0= 80.
Если величину q0 в тех же условиях увеличить до 110, то гомеостат по-
теряет живучесть, т.е. способность поддерживать заданный гомеостазу
y=xst.
Если по каким-либо причинам происходит отключение одного из каналов
регулирования, например Р1, то гомеостаз после небольшого колебательного
процесса восстанавливается (рис. 2б). Но в этом случае снижается адапта-
ционный ресурс гомеостата, а следовательно, и его живучесть. Он способен
при принятых условиях, выдержать без нарушения поддержания значений вы-
ходного параметра y=xst величину возмущения q0 в диапазоне от-10 до +80,
тогда как в норме выдерживает внешнее возмущение в диапазоне от -100 до
+100. Таким образом, говоря языком биолога, границы нормы реакции гоме-
остата по данному признаку значительно сужаются.
В механизмах гомеостата важную роль играет ВНУТРЕННЕЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ,
которое определяет внутреннюю управляемую конкуренцию и демонстрирует
при этом мало изученные стороны закона единства и борьбы противополож-
ностей. Разные философские системы указывали, что противоречия являются
одним из определяющих в познании механизмов различных явлений в природе
и обществе. Сейчас уже требуется осмысление и развитие этого понятия не
только на философском уровне, но и на уровне системных исследований
вплоть до создания методов количественной оценки противоречий.
ПРОТИВОРЕЧИЕ в гомеостатических системах - это характеристика разли-
чия и противоположности целей подсистем, вызывающих конкурентную борьбу
между ними с соответствующими негативными последствиями для этих подсис-
тем ("плата" за противоречие), и позитивного эффекта для всей системы (в
виде повышения качества управления и устойчивости системы). Формальным
образом вводятся также понятия "остроты противоречия", "степени антаго-
низма", "напряженности отношений", "компромисса" и т.п.
ОСТРОТА ПРОТИВОРЕЧИЯ - качественный показатель противоречия, опреде-
ляемый через относительную противоположность целей "противоборствующих"
подсистем. С формальной стороны острота противоречия рассматривается как
степень разнонаправленности целей и как показатель их удаленности от
осей баланса.
ПЛАТА ЗА ПРОТИВОРЕЧИЕ - это прагматическая оценка, характеристика не-
гативных последствий в системах, вызванных действием между ними конку-
рентных или конфликтных отношений.
Внутри больших систем могут одновременно существовать противоречия
между целой совокупностью целей, а при превышении эквивалентной величи-
ной противоречия какого-то предельного значения может возникать обрати-
мая или необратимая потеря устойчивости системы вплоть до ее распада. В
связи с этим появляется необходимость введения эквивалентных показателей
противоречия, которые позволили бы оценивать интегральную характеристику
противоречия. В качестве такой характеристики используется показатель
напряженности отношений.
НАПРЯЖЕННОСТЬ ОТНОШЕНИЙ внутри системы - это интегральная характерис-
тика противоречия, обобщенная по совокупности противоречивых целей и
учитывающая значимость целей и фактор последействия.
Напряженность отношений в конструктивном плане снимается компромис-
сом, т.е. некоторой платой каждой из конкурирующих сторон подсистем
большой системы.
КОМПРОМИСС - это характеристика снятого противоречия, в общем случае
определяемого через уменьшение величины противоречия, остроты и негатив-
ных последствий его действия; компромисс требует от конкурирующих (конф-
ликтующих) подсистем каких-либо уступок, которые являются "платой" за
позитивные последствия компромисса. Управление компромиссом, а следова-
тельно, и величиной противоречий для подсистем внутри большой системы,
играет особенно важную роль в биологических системах.
В биологических системах можно выделить два основных типа разрешения
противоречия: целенаправленные, стремящиеся обеспечить устойчивую и эко-
номичную работу системы в нормальных и экстремальных условиях, и патоло-
гические ("извращенные"), которые не способствуют достижению заданной
цели функционирования системы.
ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫМ ОБРАТИМЫМ РЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯ в процессе функцио-
нирования гомеостатических систем является такое временное уменьшение
внутреннего противоречия, которое либо обеспечивает сохранение баланса
между конкурирующими каналами, либо способствует компенсации сильного
внешнего воздействия.
ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯОшибка! Закладка не опреде-
лена. В ПРОЦЕССАХ РАЗВИТИЯ гомеостатических систем будет такое изменение
внутреннего противоречия гомеостата, которое в определенном отношении
является адекватным уровню внешних возмущений и помех, действующих на
гомеостат.
ПАТОЛОГИЧЕСКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ ПРОТИВОРЕЧИЯ в гомеостатических системах
будут такие изменения внутреннего противоречия, которые вызывают переход
конкуренции между каналами гомеостата в конфликт и приводят к грубым на-
рушениям гомеостаза.
Существенную роль в процессе функционирования больших активных систем
может оказывать феномен паразитирования, вызванный особым видом противо-
речия. Этот феномен часто служит началом деградирующих тенденций. Суть
этого феномена состоит в том, что цели каждой подсистемы можно подразде-
лить на цели, достигаемые в интересах всей системы (глобальные цели, ра-
ди которых и существует данная подсистема), и цели жизнеобеспечения под-
системы (цели ее собственных нужд). "Активные" подсистемы могут менять
свои цели состояния в ущерб всей системе, например, гипертрофировать це-
ли своего обеспечения и даже генерировать новые цели, направленные на
удовлетворение своих "личных" интересов. Поскольку ресурс обычно ограни-
чен, для достижения гипертрофированных целей одна из подсистем расходует
на них большую его часть, а в пределе и весь ресурс.
Паразитирование может быть внутренним, внешне-замкнутым и также внеш-
не-разомкнутым, когда отбирается ресурс от окружающей среды.
ПАРАЗИТИРОВАНИЕ - это избыточное потребление подсистемой ресурсов на
свое жизнеобеспечение в результате гипертрофированного изменения своих
частных целей в ущерб целям системы или окружающей среды.
Формально вводится индекс паразитирования, как один из видов "платы"
за негативное проявление противоречия между действительным функциониро-
ванием системы и тем, как она должна функционировать, исходя из заданных
критериев оптимальности.
Гомеостатика вводит такие понятия, как ЗАПАС ПРОТИВОРЕЧИЯ и закон
сохранения противоречия. Под запасом противоречия понимается избыточно
создаваемые и поддерживаемые в гомеостате ресурсы пластических и энерге-
тических веществ, которые могут использоваться при временном резком по-
вышении их расхода для поддержания нормального функционирования системы
в целом при ограничении притока ресурсов извне. В норме создаваемый из-
быток нейтрализуется и таким образом существует потенциально, готовый
быть вовлеченным в метаболизм в любой момент при необходимости. Противо-
речие в природных и живых системах играет жизненно важную роль как ис-
точник ультра-устойчивости систем и как средство повышения качества их
функционирования. Гомеостаты живых организмов объединяются ("склеивают-
ся") между собой в ИЕРАРХИЧЕСКИЕ СЕТИ ОТНОШЕНИЙ, которые могут быть со-
юзническими, партнерскими, нейтральными, конкурентными, конфликтными и
комбинированными. Объединяясь, гомеостаты образуют гомеостат более высо-
кого организационного уровня, который функционально обладает принципи-
ально таким же механизмом обработки информации как и гомеостаты его сос-
тавляющие, но на качественно новом (интегральном) уровне. Такие гомеос-
таты будем называть соответственно гомеостатами второго и более высоких
порядков.
Имеются экспериментальные работы, показывающие возможность количест-
венной оценки величины противоречия и степени антагонизма не только меж-
ду отдельными гомеостатами в организме, но и социальных систем, например
в малых человеческих коллективах, в которых в различной форме проявляют-
ся кооперативные, конкурентные и конфликтные отношения. В таких системах
могут действовать паталогические отношения типа "бюрократического функ-
ционирования" и "информационного вредительства".
Было выявлено, что гомеостатические системы на непредсказуемое изме-
нение информационного потока отвечают двухфазным реагированием: немед-
ленной реакцией на снятие возникшей остроты противоречия и после этого
относительно длительным выравниванием запаса противоречия, потраченного
в процессе реализации первого этапа. Приведу пример общего характера о
необходимости поддержания противоречия организмом в целом. Организм, как
иерархическая сеть физиологических систем, в каждый данный момент, с од-
ной стороны, стремится к минимуму производимой работы и, соответственно,
иметь минимальный запас энергии, так как на поддержание этого запаса
требуется дополнительная затрата энергии и ее веществ-носителей, но с
другой стороны, организм для своего выживания вынужден накапливать и
поддерживать некоторый избыточный запас энергии и пластических веществ
для компенсации неожиданных изменений во внешней среде. Таким образом,
существуют две цели: первая - минимизировать работу организма по поддер-
жанию энергетического статуса, вторая - найти оптимально "избыточную"
величину работы по созданию резерва веществ и энергии для сохранения ор-
ганизма в непредсказуемо изменившихся условиях. Расстояние между этими
двумя целями можно оценивать величиной, которая называется противоречи-
ем. Запасом противоречия в данном случае будет величина "избыточно" под-
держиваемой энергии и пластических веществ в организме, которые на дан-
ный момент ему как бы не нужны.
Разработаны имитационные модели гомеостатов и ведется изучение их
свойств, а также исследуется возможность имитации на этих моделях раз-
личных патологических состояний, вплоть до таких крайних патологий, как
паралич, шок и коллапс. Показаны механизмы патологического привыкания
гомеостата ("эффект наркомана"), рассмотрены механизмы стресса, как час-
ти адаптационной системы гомеостата, раскрыты "эффект вируса" и его раз-
личные проявления в гомеостате "хозяине" ("дремлющее" и "активное" сос-
тояние). Модели развития, старения, пульсирующих (изменяющих активность
во времени) гомеостатов.
С точки зрения гомеостатики патология органа или физиологической сис-
темы есть изменение в цепях управления либо за счет нарушения морфологи-
ческой целостности, либо по причине смещения характеристик управляющих
сигналов, что вызывает запуск адаптационных реакций для компенсации на-
рушенных функций за счет собственного "горячего резерва" или работы дру-
гих гомеостатов. Информация, корректирующая адаптационный процесс, может
вносится в организм на разных материальных носителях, разными путями, но
конечный эффект - выход гомеостата на рабочий нормальный режим -будет
достигнут.
О некоторых патологиях гомеостатов и их моделях.
Нормальный гомеостат, вернее его модель, обладает целым рядом исклю-
чительных свойств в отношении адаптивности, живучести, помехоустойчивос-
ти и т.д. Исследования математической модели гомеостата показали, что он
имеет еще как бы болевые точки и критические связи; воздействуя каким-то
образом на них, можно создать множество различных патологий. Рассмотрим
наиболее тяжелые из них, вызываемые разрывами прямых связей - паралич,
обратных связей - шок, перекрестных связей - коллапс.
Паралич может быть полным, т.е. гомеостат перестает выполнять функции
управления. Этот случай имитируется на модели гомеостата разрывом цепи
подачи внешнего сигнала (задания) на Р3, при этом значение выходного па-
раметра падает до нуля. Но, тем не менее, гомеостат будет поддерживать
на выходе постоянство значений Ys даже при действии на управляемый
объект относительно больших возмущений, которые проникают помимо входно-
го канала.
Односторонний паралич возникает при размыкании связи, идущей от Р1
или Р2 на объект регулирования, в этом случае соответственно либо u1
стремится к нулю, либо u2 стремится к нулю. Таким образом происходит
своего рода "гашение гомеостата", т.е. резкое снижение регулирующих
свойств.
В большинстве случаев односторонний паралич является компенсируемым,
и гомеостат продолжает выполнять свои функции.
Полный шок гомеостата возникает при разрыве основной обратной связи
y3. Это ведет к тому, что Ys стремится к U1max или к U2max, а в этом
случае гомеостат перестает выполнять функции управления (как выражаются
электрики - "зашкаливает" в одну или в другую сторону). В отличие от
полного односторонний шок, как правило, является компенсируемым и имити-
руется на модели разрывом u1 или u2 связей соответственно, тогда u1
стремится к U1max или u2 стремится к U2max.
Случай создания одностороннего (размыкание обратной связи к Р1) шока
представлен на рис. 3. Такой шок является компенсируемым, поскольку ре-
жим Ys=Xs быстро восстанавливается, однако гомеостат становится ущербным
- уменьшается его живучесть (предельное возмущение снижается до 20 еди-
ниц). В статике этот гомеостат работает достаточно устойчиво, и только
фактически при предельном входном сигнале (Xs = -50), имеющем противопо-
ложную направленность к регулятору, находящемуся в шоковом состоянии ( в
данном случае это Р1), гомеостаз начинает нарушаться из-за возникновения
небольших автоколебаний.
Разрыв основной обратной связи y3 вызывает полный шок гомеостаза с
катастрофическими последствиями для живучести системы.
Рис. 3. Переходные процессы: при t=10 сек развивается односторонний
шок Р1, при t=20 сек дополнительно создается скачкообразное возмущение,
при котором еще сохраняется гомеостаз.
Защитой от полного шока может служить создание запоминающего уст-
ройства ("устройство памяти прошлого") как системы запоминания y3, пред-
шествовавшего разрыву обратной связи. В этом случае гомеостат распадает-
ся как бы на две независимые части, регулируемые по разомкнутому принци-
пу со стороны входа. В какой-то степени такой гомеостат еще может ком-
пенсировать возмущения, если они действуют на систему в пределах, охва-
тываемых локальными обратными связями. Конечно, такая структура управле-
ния является патологической и длительное ее существование недопустимо,
но все же лучше, чем лавинообразное развитие полного шока, ведущего к
потере живучести.
Эффект "наркомана" как одна из форм патологического привыкания. Этот
эффект возникает при длительном повторении большого возмущающего воз-
действия. Адаптационный механизм гомеостата в результате привыкания де-
формирует соотношения между правым и левым каналами гомеостата (R2) так,
чтобы наилучшим образом противостоять ожидаемому возмущению. В итоге
вместо нормального баланса для симметричного гомеостата устанавливается
новое состояние равновесия, к которому стремится вернутся система после
снятия возмущающего воздействия (см. рис. 4.). Кроме того, гомеостат че-
рез какие-то опосредованные связи может посылать стимулирующие сигналы,
которые будут воздействовать в случае живого организма, на эмоциональную
и поведенческую сферу с тем, чтобы возмущение повторилось. Исследования
показали, что гомеостат, находящийся в состоянии наркомана, имеет в нес-
колько раз более низкий показатель живучести, т.е. становится неспособ-
ным противостоять большим возмущениям.
Рис. 4. Временная диаграмма привыкания к большому возмущению гомеос-
тата. "Эффект наркомана".
Эффект "заикания" как вид функциональной патологии. Этот эффект свя-
зан с временными нарушениями работы гомеостата из-за неадекватных воз-
действий со стороны регулятора-руководителя Р3. Возможны три основные
причины такого функционирования Р3:
- кратковременный разрыв обратной связи у Р3 или кратковременное из-
менение знака этой связи (с отрицательной на положительную), вызывающей
возбуждение, т.е. броски управляющего сигнала к регуляторам-исполните-
лям, в результате выход u1 и u2 на максимальные значения;
- перевозбуждение Р3 - кратковременное увеличение его коэффициента
усиления, влекущее неадекватность реакции Р3;
- задержка возвратом u1 или u2 из области насыщения, которая проявля-
ется в том случае, если текущему состоянию предшествовал режим работы на
потолке мощности одного или другого регулятора-исполнителя, в результате
чего возникает своего рода динамический гистерезис. Возможны комбинации
указанных причин. Во всех случаях "эффект заикания" нарушает поддержание
динамического гомеостаза и снижает живучесть системы.
Эффект "вируса" как один из видов паразитирования. Выше указывалось,
что феномен паразитирования основан на избыточном потреблении подсисте-
мой ресурсов на свое жизнеобеспечение в результате гипертрофированного
изменения "личных" целей в ущерб целям системы или окружающей среды.
Аналогом этого явления является "эффект вируса", под которым понимаются
различные патологии, вызванные вторжением вируса в гомеостатическую
структуру управления. Под вирусом понимаются различные агенты, которые,
вторгаясь в гомеостат, целенаправленно порождают в нем деградирующие
тенденции.
Рассмотрим наиболее типичные случаи:
- полный или частичный захват вирусом места регулятора-руководителя;
- полный или частичный захват вирусом места одного из регуляторов-ис-
полнителей;
- поражение прямых, обратных или перекрестных связей. Полный захват
вирусом соответствующего регулятора означает, что вместо, например Р3,
действует какой-то другой "вирусный регулятор" со своей передаточной
функцией, со своими прямыми, обратными и перекрестными связями и со сво-
им автономным заданием (Xsв), в котором отражаются как генетические
свойства вируса, так и ударная масса вторгшихся вирусов. Здесь можно
представить четыре основных варианта:
- гомеостат под действием вируса переходит в какое-то новое состоя-
ние, которое еще не приводит к потере живучести гомеостата-"хозяина";
- гомеостат теряет живучесть и устанавливается в одном из крайних
состояний U1max или U2max;
- гомеостат переходит в режим автоколебаний;
- гомеостат гасится, т.е. на его выходе устанавливается Ys=0.
Частичный захват вирусом одного из регуляторов означает, что вирус
внешне определенное время может не проявить себя, так как его действие
компенсируется соответствующими регуляторами. Это как бы "дремлющий" ви-
рус. При частичном захвате вирусом места регулятора-руководителя возмож-
ны три случая:
- вирус вызывает неограниченную и необратимую деградацию, т.е. "дрем-
лющий" вирус как бы просыпается - переходит в активное состояние;
- вирус вызывает ограниченную деградацию;
- деградация, вызываемая вирусом, обратима.
В первом случае вирус быстрее или медленнее (это зависит от соотноше-
ния передаточных функций вируса и регулятора-руководителя и других пара-
метров), но в конце концов обязательно приведет к нарушению гомеостаза
(полному захвату гомеостата-"хозяина").
Во втором случае вопрос о том нарушится или нет гомеостаз будет зави-
сеть от отношения между управляющей мощностью регулятора-руководителя
(Umax) и управляющей мощностью "вирусного регулятора" (Uвmax), т.е. от
соотношения Umax/Uвmax. Если в этом отношении мощнее регулятор-руководи-
тель, то имеются необходимые условия для компенсации деградирующего
действия вируса. Вторым уже достаточным условием сохранения гомеостаза
будет соотношение активностей Р3 и вируса. Если активность регулято-
ра-руководителя выше "вирусного регулятора", а стартовое возмущение,
создаваемое внедряемым вирусом, является относительно небольшим, то воз-
никают условия компенсации действие вируса.
Третий случай будет иметь место, когда по каким-то причинам прекраща-
ется нарастающее деградирующее действие вируса, тогда гомеостат "хозяин"
либо полностью, либо частично восстанавливает свое функционирование.
"Дремлющий" вирус может перейти в состояние активности, если снизится
мощность Р3, т.е. Umax/Uвmax, или резко возрастут показатели активности
и мощности "вирусного регулятора".
Поражение вирусом тех или иных связей будет приводить в соответствую-
щем гомеостате к явлениям, аналогичным параличу, шоку или коллапсу. Кро-
ме того, следует отметить, что "вирусный регулятор" может симметрично
или несимметрично подключаться ко входам Р1 и Р2 и соответственно в пер-
вом случае финальным состоянием действия будет паралич гомеостата, а во
втором его шок.
Рис. 5. Переходные процессы при внедрении в гомеостат-"хозяин" виру-
са: а - мощность систем управления вируса не имеет ограничений; б - мощ-
ность вируса существенно меньше, чем мощность гомеостата-"хозяина" (ви-
рус "засыпает"), при t=20 сек ограничения с мощности вируса снимаются и
он переводит систему в паралич.
Все указанные проявления "эффекта вируса" были получены на имитацион-
ной модели гомеостата (см. рис. 5.).
Предложены методы "склеивания" гомеостатов в иерархические сети. Раз-
работаны имитационные модели фрагментов таких сетей, в частности, выяв-
лено свойство "самопожертвования" гомеостата ради выживания всей сети.
Выдвинута гипотеза о возможности внезапной смерти организма из-за неа-
декватной реакции гомеостатической сети в критической ситуации, рассмот-
рен "эффект СПИДа" и гипотеза о роли биологически активных точек в меха-
низме помехозащиты и детекции информации гомеостатов. Созданы имитацион-
ные модели ритмических гомеостатов, гомеостатов старения и развития.
ЧАСТЬ II.
ОСОБЕННОСТИ ГОМЕОСТАТОВ ЖИВЫХ СИСТЕМ
Понятийный аппарат модели живых систем
Назовем весь внешний информационный поток по отношению к конкретному
гомеостату состоянием внешней среды.
Информационные потоки, циркулирующие внутри гомеостата, назовем внут-
ренней информационной средой.
Изменения внутренних информационных потоков, которые не приводят к
изменению выходных параметров гомеостата, не являются значимыми измене-
ниями внутреннего состояния гомеостата.
Динамическое состояние внутренней информационной среды состоит из
двух моделей: информационной модели внутренней среды гомеостата и инфор-
мационной модели внешней среды (см. рис. 6).
Элементарная модель гомеостата живой системы принципиально не отлича-
ется от общей модели представленной на рисунке 1. Однако, для подчерки-
вания некоторых важных для живых систем функциональных связей внутри го-
меостата выделим на блок-схеме их специально. Диалектическое единство
противоположностей гомеостатической модели в блок-схеме показано двумя
симметричными цепями обработки информации, которые отражают взаимо-
действие внешней и внутренней сред по отношению к гомеостату.
Модель внутренней среды гомеостата формируется на одной из них и
включает рабочий регулятор, информация к которому помимо регулятора -ру-
ководителя поступает также с выхода гомеостата.
Модель внешней среды формируется второй циклической сетью рабочего
регулятора (второе симметричное плечо) гомеостата и представляет собой
такой же информационный поток, который проходит через регулятор руково-
дитель, но его мощность несколько выше, чем в симметричной сети, что на
модели условно показано дополнительной связью из внешней среды помимо
регулятора-руководителя, создавая как бы дополнительный сигнал, поступа-
ющий от входа рецептора.
Моделироваться такие дополнительные функциональные связи могут за
счет коррекции коэффициентов входа и выхода на регуляторах Р1, Р2, Р3 и
О (объекта).
Потоки информации в обеих цепях направлены навстречу друг другу, т.е.
имеют разные знаки относительно нулевой точки и поэтому на выходе вычи-
таются. Остаток представляет собой информацию об изменившейся внешней
или внутренней среде и управляет значением выходного параметра. Нера-
венство (неадекватность) информационной модели внутренней среды модели
внешней среды есть "внутреннее противоречие гомеостата". Оно же по об-
ратной связи регулирует состояние второго рабочего регулятора за счет
использования "запаса противоречия" таким образом, чтобы информационный
поток, представляющий модель внутренней среды, стал равен модели внешней
среды (восстановление адекватности моделей).
Информационный поток в виде значений выходных параметров из гомеоста-
та во вне называется отраженным информационным потоком.
Гомеостат, находящийся в процессе перехода от одного значения пара-
метра к другому в пределах границ рабочего режима, обладает "переходной
информационной моделью гомеостата". С момента возникновения регулируемо-
го противоречия до снятия противоречия за счет изменения выходного пара-
метра наличествует неадекватность внутренней информационной модели внеш-
ней.
Та часть информационного потока из внешней среды, которая проходит
селекцию фильтруемая на входе или пронизывающая без взаимодействия с го-
меостатическими структурами, - называется информационным шумом, хаосом.
Изменение свойств фильтра на входе может перевести часть этого шума в
информативный поток.
Та часть информационного потока, которая поступает внутрь гомеостата,
но не приводит к изменению выходного параметра, т.е. уничтожается перед
выходом на объект регулирования как "синфазная помеха", называется внут-
ренним циркулирующим потоком или моделью базисного состояния внутренней
среды гомеостата .
Базисное состояние внутренней среды гомеостата может иметь либо ана-
логовую динамику, либо дискретные (квантовые) уровни. Дискретность изме-
нений определяется дискретностью изменения мощности одного входа или
подключением других параллельных входов гомеостата.
Часть внешнего информационного потока, поступившая внутрь и приведшая
к изменению выходного параметра таким образом, что дальнейшее поступле-
ние его не приводит к изменению выходного параметра, называется регули-
руемым противоречием между состоянием внешней среды и состоянием внут-
ренней среды гомеостата или информацией активации.
Часть внешнего информационного потока, поступающая внутрь и приводя-
щая к изменению выходного параметра за границы рабочих режимов рабочих
регуляторов, называется нерегулируемым информационным противоречием для
данного гомеостата или патологической информацией. Т.е. внешний информа-
ционный поток не адекватен внутреннему состоянию данного гомеостата.
Тогда выход рабочей точки гомеостата в подкритическую область включает
другие выходные цепи, регулирующие коэффициенты на входе гомеостата (фа-
зический фильтр) или изменяет коэффициенты входа на гомеостаты своего
или другого уровня. Если внешняя регуляция невозможна, наступает патоло-
гия состояния (паралич) гомеостата.
Пока гомеостат регулирует параметр в границах рабочего режима, остро-
та противоречия минимальна и равна единице.
Чем больше значения изменяемых коэффициентов входа на гомеостат, ре-
гулируемые самим гомеостатом от выходного параметра, или чем дальше за
рабочие границы должны выйти значения параметра при данном противоречии,
тем выше "острота противоречия".
Весь адекватный информационный поток из внешней среды, циркулирующий
в цепях гомеостата, благодаря симметричности структуры каналов, имеющих
разный знак сигналов относительно нулевой точки, на предвыходном этапе
взаимоуничтожается, вследствие этого выходные параметры гомеостата не
изменяются.
В этом подходе понятие "синфазной помехи" теряет смысл, т.к. любой
проникающий сигнал, "синфазно подавляемый", есть часть модели внутренней
среды, т.е. адекватное восприятие внешней среды.
Информация, избирательно поглощаемая детектором на специализированном
входе (т.е. проходящая через узкий информационный фильтр), сливается с
циркулирующим потоком по симметричным цепям, но в цепи, представляющей
модель внешней среды этот же сигнал приходит дополнительно и складывает-
ся с существующим. Таким образом, при итоговой суммации двух информаци-
онных потоков возникает действительное значение, которое приводит к из-
менению выходного параметра. Последний по обратной связи подстраивает
модель внутренней среды, чтобы она стала адекватной модели внешней среды
(смотри рис.6).
Рис. 6 Модель гомеостата биологической системы.
Выходной параметр служит входной информацией для других гомеостатов.
Если необходим постоянный уровень значения выходного параметра, то он
задается "уставкой" - величиной внутреннего противоречия между моделями
внутренней и внешней среды, которая формируется специальным регулятором
Рвхода ("местным шефом").
Склеенные гомеостаты представляют из себя сеть гомеостатов, которая
может работать как один гомеостат, но более высокого уровня. Полнота от-
ражения информации каждым отдельно взятым гомеостатом в сети склеенных
гомеостатов меньше, чем в самостоятельном гомеостате.
Понятия симметричности и асимметричности гомеостатических сетей.
Гомеостаты могут объединятся между собой благодаря свойству "полюс-
ности", наличию входов и выходов информационного потока. Объединения мо-
гут происходить не только по связи "выход-вход". Другая возможность сое-
динения гомеостатов - их вставка в цепи обратной связи.
Выход одного гомеостата соединяется с входом другого и так далее до
бесконечности. Это свойство называется фрактальностью. Гомеостаты как
функциональные фракталы подчиняются всем известным закономерностям, вы-
явленным для фракталов материальных.
Симметричность гомеостата рассматривается как структурно-функцио-
нальная симметричность. Число входов симметричного гомеостата всегда
равно числу выходов. Минимальное число пар "вход-выход" равно 1, что эк-
вивалентно наличию одной "валентности". Если число входов не равно числу
выходов, эту информационную структуру нельзя соотносить с одним гомеос-
татом. Это несбалансированная (асимметричная) гомеостатическая сеть.
Валентность - это наличие свободных пар связей, которые могут стать
местом склеивания с другими гомеостатами.
Валентность гомеостата может меняться за счет разрыва внутренних об-
ратных связей (положительных и отрицательных). В эти появившиеся разрывы
могут встраиваться другие гомеостаты и таким образом образуются цикли-
ческие структуры переработки информации.
Гомеостат, замыкающий свой единственный выход на свой единственный
вход, при условии отрыва этих связей от других в сети гомеостатов теряет
валентность (связи с внешним миром) и тем самым самоуничтожается.
Для отдельного гомеостата, который в цепи гомеостатов является пер-
вым, принимающим внешний поток информации, физиологическим аналогом яв-
ляется понятие "рецептор" (воспринимающий, получающий); гомеостат, за-
вершающий данную цепь переработки информации, является аналогом понятия
эффектор.
Как рецептор, так и эффектор характеризуются преобразованием вида но-
сителя информации.
Асимметричность гомеостатической сети является причиной ее роста до
тех пор, пока сеть не достигает свойства симметричности, т.е. не стано-
вится симметричным гомеостатом. Таким образом, симметричный гомеостат
можно трактовать как ЦЕЛОЕ (в некотором смысле как самодостаточное),
асимметрическую сеть гомеостатов - как ЧАСТЬ гомеостата интегративно бо-
лее высокого уровня.
Когда асимметричность гомеостатической сети, состоящей из однородных
по информационным носителям гомеостатов, завершается созданием симмет-
ричного гомеостата, попытка дальнейшего наращивания тех же однородных
гомеостатов не эффективна; симметричный гомеостат снимает с них валент-
ность, что приводит их к гибели. Дальнейшее непосредственное склеивание
возможно только с гомеостатами, где информация переносится другими мате-
риальными носителями.
Примеры интегративных симметричных гомеостатов в биологии:
- бактерии
- одноклеточные животные
- многоклеточные организации:
животные, растения
- популяция вида
- экосистема
- ноосфера, и т.д.
Примеры природных "неживых" симметричных гомеостатов:
- вакуум;
- суб-атомарные частицы (протон, нейтрон, электрон и т.п.);
- атомы;
- молекулы;
- минералы, вещества;
- планеты;
- звезды;
- планетные системы;
- галактики;
- вселенная.
Целостность, диапазон самостоятельности.
При склеивании симметричных гомеостатов образовавшаяся система стано-
вится симметричной в целом только тогда, когда каждый из гомеостатов те-
ряет свою самодостаточность. Потеря самодостаточности компенсируется бо-
лее эффективной переработкой части информационного потока - специализа-
цией, при этом часть гомеостатов, составляющих бывший симметричный гоме-
остат, потеряет свою валентность и отмирает или реорганизуется. Часть
гомеостата, оставшаяся в асимметричном состоянии, погашает асимметрич-
ность либо вторым бывшим симметричным гомеостатом, претерпевшим такую же
метаморфозу (но при этом, произошедшие в обоих бывших гомеостатах изме-
нения дополняют новую организацию до ЦЕЛОГО), либо происходит реоргани-
зация части гомеостатов несимметричной сети в симметричную.
Понятие целого имеет относительный смысл и ограничивается понятием
границ расширения нормы реакции, что можно в определенном смысле тракто-
вать как "свободу воли" гомеостата.
Границы расширения нормы реакции гомеостата (или свобода воли) опре-
деляются возможностью переключения входов симметричного гомеостата с од-
ной части внешнего информационного потока на другую без потери целост-
ности, т.е. без перехода в асимметричное состояние.
Для гомеостатов одного иерархического уровня интеграции (сеть гомеос-
татов симметричного гомеостата) внутренняя свобода воли одного ограничи-
вается другими однородными первому гомеостатами. При условии нарушения
целостности гомеостата или сужения диапазона свободы воли части однород-
ных гомеостатов в общей сети происходит выравнивание свободы воли всех.
Такой процесс может происходить и в группе симметричных однородных, от-
носительно независимых гомеостатов. Этот процесс называется принципом
согласия [5].
Границы нормы реакции симметричного гомеостата высшего уровня шире
свободы воли каждого из однородных гомеостатов нижележащего уровня, но
ограничиваются всей иерархической сетью гомеостатов в целом.
Искусственное сужение свободы воли гомеостатов приводит либо к пато-
логии функционирования систем, включающих в себя эти гомеостаты, либо к
появлению ограничений в широте нормы реакции симметричного гомеостата в
целом.
Процессы компенсации и адаптации
Каждая гомеостатическая сеть стремится сохранить свою целостность
функциональных связей до тех пор, пока не истрачен запас внутреннего
противоречия.
Исчерпывание запаса противоречия приводит к разрыву обратных связей в
гомеостате и образованию свободных валентностей. Свободные валентные
связи замыкаются на другие гомеостаты (прежде всего родственные по носи-
телю информации), и новая гомеостатическая система использует обобщенные
запасы противоречия. При исчезновении действующего фактора, на который
расходовался запас противоречия, по мере восстановления его восстанавли-
вается первичная структура и исходные гомеостатические сети разъединяют-
ся. Этот процесс называется компенсацией.
При невозможности разъединиться, когда при объединении произошли не-
обратимые изменения сетевых структур, процесс называется адаптацией. В
этом случае исчезновение действующего фактора, который вызвал объедине-
ние, сужает границы нормы реакции и гомеостат оказывается в патологичес-
ком состоянии (плата за адаптацию).
Динамичность образования новых конфигураций в гомеостатических сетях
живых организмов постепенно возрастает в направлении физиологическая -
психофизиологическая - психическая системы. На уровне мозговых структур
"гипоталамус - кора головного мозга" динамика приобретает достаточно вы-
раженный характер вплоть до так называемых статистических ансамблей го-
меостатов, которые достаточно легко перестраиваются под сиюминутные за-
дачи управления случайных флуктуаций среды обитания.
Некоторые свойства симметричных и несимметричных гомеостатов
Несимметричность сети гомеостатов возникает при недостаточной мощнос-
ти выходных параметров, требуемых системой в целом. Однако существуют
максимальные пределы роста несимметричности. Если для сформированной по
максимальному размеру несимметричной сети требуемая мощность не достиг-
нута, то строится параллельная ей вторая несимметричная сеть и т.д. Дос-
тигшая максимального размера несимметричная сеть начинает эволюцию к
созданию симметричной гомеостатической сети.
Ограничение пределов роста несимметричности зависит от скорости при-
тока пластических и энергетических веществ из окружающей среды потребля-
емых сетью. Достигнув максимального предельного размера, несимметричная
сеть начинает уменьшать свою реактивность за счет уменьшения связей. При
этом число первичных гомеостатов остается постоянным. Несимметричная
сеть уменьшается, но достраивается (перестраивается часть) симметризиру-
ющая сеть до симметричного гомеостата. Уменьшение размеров несимметрич-
ной части гомеостатов нижнего уровня уменьшает мощность сети и вызывает
образование параллельной сети. Таким образом, в растущей сети гомеоста-
тов возникает волновой, постепенно затухающий процесс генерационных яв-
лений. Аналогом такого процесса является рост ткани и ее дифференциация
в специализированную и, наоборот, целостная гомеостатическая тканевая
система, перейдя каким-либо путем в несимметричное состояние, вызывает
процессы деспециализации клеток, составляющих гомеостат ткани, что поз-
воляет включать процессы пролиферации.
Пример гомеостата ткани, ставшего несимметричным в результате травмы
[80].
Гомеостат регенерирующей ткани представляется как согласованное взаи-
модействие двух разнонаправленных процессов клеточной деструкции и кле-
точной репродукции. Регулирующими факторами являются внутритканевые кле-
точные корреляции, определяющие качественные характеристики и локализа-
цию данного гомеостата, а также регуляторы внешней среды, которые играют
модулирующую роль, определяют количественные параметры качественных ха-
рактеристик данного гомеостата. В качестве внутриклеточных регуляторов
выступают целостный гистоскелет ткани, контактные клеточные взаимо-
действия, продукты цитолиза, кейлоны, общее количество антигенных детер-
минант, специфичных для данной ткани, и др.
Взаимодействие процессов клеточной деструкции и репродукции позволяет
обеспечивать высокую адаптивную способность регенерирующей ткани к
действию экстремальных факторов. Травма является таким экстремальным
фактором, под воздействием которой гибнет часть клеточных элементов, что
интерпретируется нами как переход целостного (симметричного) гомеостата
в несимметричное состояние. Несимметричность служит стимулом для актива-
ции пролиферативных процессов через вышеназванные механизмы. Известно,
что в условиях активной клеточной пролиферации может происходить ре-
экспрессия эмбриональных генов, изменяться спектр синтеза белков и их
изоморфное строение, возникать доминирование восстановительных реакций
|
