第四节生理功能的调节控制 本世纪40年代,通过运用数学和物理学的原理和方法,分析研究各种工程技术的控制和人体的各种功能调节 得出了一些有关调节和控制过程的共同规律,产生了一个新的学科,这就是控制论( cybernetics)。运用控制 论原理分析人体的调节活动时,人体的各种功能调节可分为三类控制系统 非自动控制系统 非自动控制系统是一个开环系统(open- loop system),其控制部分不受受控部分的影响,即受控部分不能反 馈改变控制部分的活动。例如在应激反应中,当应激性刺激特别强大时,可能由于下丘脑神经元和垂体对血中 糖皮质激素的敏感性减退,亦即糖皮质激素血中浓度升高时不能反馈抑制它们的活动,使应激性刺激能导致 ACTH与糖皮质激素的持续分泌:这时,肾上腺皮质能不断地根据应激性刺激的强度作出相应的反应(参见第十 章)。在这种情况下,刺激决定着反应,而反应不能改变控制部分的活动。这种控制系统无自动控制的能力 非自动控制系统的活动在体内不多见 反馈控制系统 反馈控制系统是一个闭环系统(open- loop system),其控制部分不断接受受控部分的影响,即受控部分不断 有反馈信息返回输给控制部分,改变着它的活动。这种控制系统具有自动控制的能力, 图1-1是反馈控制系统的模式图。图中把该系统分成比较器、控制系统、受控系统三个环节:输出变量的部分 信息经监测装置检测后转变为反馈信息,回输到比较器,由此构成闭合回路。在不同的反馈控制系统中,传递 信息的方式是多种多样的,可以是电信号(神经冲动)、化学信号或机械信号,但最重要的是这些信号的数量 和强度的变化中所包含的准确的和足够的信息。参考信息即输入信息(Si),它和反馈信息(S)比较后,即 得出偏差信息(Se)。三者的关系为:S=S+S如果是负反馈( negative feedback),则S为负值:如果是正 反馈( positive feedback),则S为正值
第四节 生理功能的调节控制 本世纪 40 年代，通过运用数学和物理学的原理和方法，分析研究各种工程技术的控制和人体的各种功能调节， 得出了一些有关调节和控制过程的共同规律，产生了一个新的学科，这就是控制论（cybernetics）。运用控制 论原理分析人体的调节活动时，人体的各种功能调节可分为三类控制系统。 一、非自动控制系统 非自动控制系统是一个开环系统（open-loop system），其控制部分不受受控部分的影响，即受控部分不能反 馈改变控制部分的活动。例如在应激反应中，当应激性刺激特别强大时，可能由于下丘脑神经元和垂体对血中 糖皮质激素的敏感性减退，亦即糖皮质激素血中浓度升高时不能反馈抑制它们的活动，使应激性刺激能导致 ACTH 与糖皮质激素的持续分泌；这时，肾上腺皮质能不断地根据应激性刺激的强度作出相应的反应（参见第十 一章）。在这种情况下，刺激决定着反应，而反应不能改变控制部分的活动。这种控制系统无自动控制的能力。 非自动控制系统的活动在体内不多见。 二、反馈控制系统 反馈控制系统是一个闭环系统（open-loop system），其控制部分不断接受受控部分的影响，即受控部分不断 有反馈信息返回输给控制部分，改变着它的活动。这种控制系统具有自动控制的能力。 图 1-1 是反馈控制系统的模式图。图中把该系统分成比较器、控制系统、受控系统三个环节；输出变量的部分 信息经监测装置检测后转变为反馈信息，回输到比较器，由此构成闭合回路。在不同的反馈控制系统中，传递 信息的方式是多种多样的，可以是电信号（神经冲动）、化学信号或机械信号，但最重要的是这些信号的数量 和强度的变化中所包含的准确的和足够的信息。参考信息即输入信息（Si），它和反馈信息（Sf）比较后，即 得出偏差信息（Se）。三者的关系为：Se=Si+Sf 如果是负反馈（negative feedback）,则 Sf 为负值；如果是正 反馈（positive feedback），则 Sf 为正值
干扰信息【s 参昆<S、较偏类信息(s 反信息{S1 一班测装置 图1-1反馈控制系统模式图 在负反馈情况时,反馈控制系统平时处于稳定状态。如岀现一个干扰信息(S)作用于受控系统,则输出变量 发生改变,导致该反馈控制系统发生扰乱:这时反馈信息与参考信息发生偏差,偏差信息作用于控制系统使控 制信息(S)发生改变,以对抗干扰信息的干扰作用,使输出变量尽可能恢复到扰乱前的水平。例如,人体的 体温经常可稳定在37°C左右,就是负反馈调控作用的结果。现在认为下丘脑内有决定体温水平的调定点的神 经元,这些神经元发出参考信息使体温调节中枢发出控制信息来调节产热和散热过程,保持体温维持在37°C 左右。如果人体进行剧烈运动,产热突然增加(即发生干扰信息,使输出变量增加)体温随着升高,则下丘脑 内的温度敏感(监測装置)就发生反馈信息与参考信息进行比较,由此产生偏差信息作用于体温调节中枢,从 而改变控制信息来调整产热和散热过程,使升高的体温回降,恢复到场37°C左右 在正反馈情况时,反馈控制系统则处于再生状态。正反馈控制系统一般不需要干扰信息就可进λ再生状态,但 有时也可因出现干扰信息而触发再生。例如,出现一个干扰信息作用于受控系统,则输出变量发生改变,这时 反馈信息为正值,导致偏差信息增大:增大的偏差信息作用于控制系统使控制信息增强,导致输出变量的改变 进一步加大:由于输出变量加大,又返回来加大反馈信息,如此反复使反馈控制系统活动不断再生。分娩过程 是正反馈控制系统活动的实例。当临近分娩时,某些干扰信息可诱发子宫收缩,子宫收缩导致胎儿头部牵张 宫颈部:宫颈受到牵张可反射性导致催产素分泌增加,从而进一步加强宫缩,转而使宫颈进一步受到牵张:如 此反复再生,直至胎儿娩出为止。 三、前馈控制系统
图 1-1 反馈控制系统模式图 在负反馈情况时，反馈控制系统平时处于稳定状态。如出现一个干扰信息（Sd）作用于受控系统，则输出变量 发生改变，导致该反馈控制系统发生扰乱；这时反馈信息与参考信息发生偏差，偏差信息作用于控制系统使控 制信息（Sc）发生改变，以对抗干扰信息的干扰作用，使输出变量尽可能恢复到扰乱前的水平。例如，人体的 体温经常可稳定在 37 °C 左右，就是负反馈调控作用的结果。现在认为下丘脑内有决定体温水平的调定点的神 经元，这些神经元发出参考信息使体温调节中枢发出控制信息来调节产热和散热过程，保持体温维持在 37 °C 左右。如果人体进行剧烈运动，产热突然增加（即发生干扰信息，使输出变量增加）体温随着升高，则下丘脑 内的温度敏感（监测装置）就发生反馈信息与参考信息进行比较，由此产生偏差信息作用于体温调节中枢，从 而改变控制信息来调整产热和散热过程，使升高的体温回降，恢复到场 37°C 左右。 在正反馈情况时，反馈控制系统则处于再生状态。正反馈控制系统一般不需要干扰信息就可进入再生状态，但 有时也可因出现干扰信息而触发再生。例如，出现一个干扰信息作用于受控系统，则输出变量发生改变，这时 反馈信息为正值，导致偏差信息增大；增大的偏差信息作用于控制系统使控制信息增强，导致输出变量的改变 进一步加大；由于输出变量加大，又返回来加大反馈信息，如此反复使反馈控制系统活动不断再生。分娩过程 是正反馈控制系统活动的实例。当临近分娩时，某些干扰信息可诱发子宫收缩，子宫收缩导致胎儿头部牵张子 宫颈部；宫颈受到牵张可反射性导致催产素分泌增加，从而进一步加强宫缩，转而使宫颈进一步受到牵张；如 此反复再生，直至胎儿娩出为止。 三、前馈控制系统
图1-2为一个前馈控制系统模式图。从图可以看出,输出变量不发出反馈信息,监测装置在检测到干扰信息后 发出前馈( feed forward)信息,作用于控制系统,调整控制信息以对抗干扰信息对受控系统的作用,从而使 输出变量保持稳定。因此,前馈控制系统所起的作用是预先監测干扰,防止干扰的扰乱:或是超前洞察动因 时作出适应性反应。条件反射活动是一种前馈控制系统活动。 动物见到食物就引致唾液分泌,这种分 泌比食物进入口中后引致唾液分泌来得快,而且富有预见性,更具有适应性意义。但前馈控制引致的反应,有 可能失误:例如动物见到食物后并没有吃到食物,则唾液分泌就是一种失误。在进食过程中,导致迷走神经兴 奋,促使胰岛B细胞分泌胰岛素来调节血糖水平,这样可及早准备以防止食物消化吸收后造成血糖水平出现过 分波动,这也是前馈控制的例 的如你息5直调装卫 于扰任息(S,) 输人宿息S)控制系统 控制信息(s, 出变 受控奈统 图1-2前馈控制系统模式图
图 1-2 为一个前馈控制系统模式图。从图可以看出，输出变量不发出反馈信息，监测装置在检测到干扰信息后 发出前馈（feed forward）信息，作用于控制系统，调整控制信息以对抗干扰信息对受控系统的作用，从而使 输出变量保持稳定。因此，前馈控制系统所起的作用是预先监测干扰，防止干扰的扰乱；或是超前洞察动因， 及时作出适应性反应。条件反射活动是一种前馈控制系统活动。例如，动物见到食物就引致唾液分泌，这种分 泌比食物进入口中后引致唾液分泌来得快，而且富有预见性，更具有适应性意义。但前馈控制引致的反应，有 可能失误；例如动物见到食物后并没有吃到食物，则唾液分泌就是一种失误。在进食过程中，导致迷走神经兴 奋，促使胰岛 B 细胞分泌胰岛素来调节血糖水平，这样可及早准备以防止食物消化吸收后造成血糖水平出现过 分波动，这也是前馈控制的例子。 图 1-2 前馈控制系统模式图