生理學:第四節(jié)　生理功能的調(diào)節(jié)控制

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本世紀40年代，通過運用數(shù)m.f1411.cn/shouyi/學和物理學的原理和方法，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)和控制過程的共同規(guī)律，產(chǎn)生了一個新的學科，這就是控制論（cybernetim.f1411.cn/sanji/cs）。運用控制論原理分析人體…

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。

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（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（S_f)比較后，即得出偏差信息（Se)。三者的關(guān)系為：S_e=S_i+S_f如果是負反饋（negative feedback),則S_f為負值；如果是正反饋（positive feedback)，則S_f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（S_d)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（S_c)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。

三、前饋控制系統(tǒng)

圖1-2為一個前饋控制系統(tǒng)模式圖。從圖可以看出，輸出變量不發(fā)出反饋信息，監(jiān)測裝置在檢測到干擾信息后發(fā)出前饋（feed forward)信息，作用于控制系統(tǒng)，調(diào)整控制信息以對抗干擾信息對受控系統(tǒng)的作用，從而使輸出變量保持穩(wěn)定。因此，前饋控制系統(tǒng)所起的作用是預先監(jiān)測干擾，防止干擾的擾亂；或是超前洞察動因，及時作出適應性反應。條件反射活動是一種前饋控制系統(tǒng)活動。例如，動物見到食物就引致唾液分泌，這種分泌比食物進入口中后引致唾液分泌來得快，而且富有預見性，更具有適應性意義。但前饋控制引致的反應，有可能失誤；例如動物見到食物后并沒有吃到食物，則唾液分泌就是一種失誤。在進食過程中，導致迷走神經(jīng)興奮，促使胰島B細胞分泌胰島素來調(diào)節(jié)血糖水平，這樣可及早準備以防止食物消化吸收后造成血糖水平出現(xiàn)過分波動，這也是前饋控制的例子。