体内自动控制系统

控制系统可分为非自动控制系统、反馈控制系统和前馈(feed-forward)控制系统。非自动控制系统是一个开环系统(open-loop system)，其控制部分的活动不受受控部分活动的影响。由于其在体内并不多见，所以在此不做讨论。下面主要介绍反馈控制系统和前馈控制系统。

一、反馈控制系统

反馈控制系统是由比较器、控制部分和受控部分组成的一个闭环系统(closed-loop system)。控制部分发出指令使受控部分发生活动，输出变量反映受控部分的活动情况，监测装置对输出变量进行采样，并发出反馈信息回输到比较器，比较器将此信息与系统原先设定的参考信息（标准信息）进行比较，将反馈信息和参考信息比较产生的偏差信息传输至控制部分，控制部分接收偏差信息后进行整合、分析并作出调整的决定，发出控制信息对受控部分的活动进行调整，以保证输出变量的准确性，避免受控部分受到干扰而影响输出变量（图1-4）。

这样，在控制部分和受控部分之间形成一种反馈控制系统的闭环联系。在反馈控制系统中，反馈信号对控制部分的活动可发生不同的影响，据此，可将反馈分为两种：负反馈(negative feedback)和正反馈(positive feedback)。

机体的控制系统也好比这样一个自动控制的闭环系统，神经中枢就好比控制部分，肌肉器官的效应器就好比受控部分，各式各样的感受器就好比监测装置，机体的各种生理活动都有一个相应的调定点，如体温调定点设置在37℃，体液pH的调定点设置在7.4等，调定点就如比较器的参考信息。机体也同样通过反馈系统保证正常生理活动的有序进行。

（一）负反馈控制系统

负反馈控制系统是一个闭环的控制系统。来自受控部分的输出信息反馈调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动向与其原先活动的相反方向改变，称为负反馈。

负反馈调节的意义是使系统处于一种稳定状态。如果因某种外在或内在因素的影响，使该系统的受控部分活动过强时，过强的输出信息可通过负反馈机制作用于控制部分，由控制部分输出信息令受控部分的活动减弱；相反，若受控部分活动过弱时，通过这种负反馈机制，受控部分的活动得以增强。

在正常生理情况下，体内的控制系统绝大多数都属于负反馈控制系统，它们在维持机体内环境稳态中起重要作用。

例如，当机体的动脉血压突然升高时，分布在主动脉弓和颈动脉窦的压力感受器就能感受到这一变化，并将这一信息通过迷走神经和舌咽神经反馈到心血管中枢，经中枢的整合、比较、分析后，通过传出神经支配心脏和血管的活动，使动脉血压回降至调定点的相应水平。正常机体内，血糖浓度、pH、循环血量、渗透压等也是在负反馈控制系统的作用下保持稳定的。

（二）正反馈控制系统

正反馈控制系统也是闭环控制系统，来自受控部分的输出信息反馈调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动向与其原先活动的相同方向改变，这种反馈活动称为正反馈。在正反馈的情况下，反馈控制系统处于再生状态。

与负反馈相反，正反馈不可能维持系统稳态或平衡，而是打破原先的平衡状态。体内的正反馈控制系统远较负反馈控制系统少，但在排泄、分娩等生理活动中，正反馈调节具有重要的生理意义。

例如，当膀胱中的尿液充盈到一定程度时，可刺激膀胱壁上的牵张感受器，后者发出冲动经传入神经传至排尿中枢，中枢通过整合、比较、分析后，经传出神经引起逼尿肌的收缩、内括约肌的舒张，使尿液进入后尿道。此时尿液还可刺激后尿道的感受器，进一步加强排尿中枢的活动，使排尿反射一再加强，直至尿液排尽为止。

又如正常分娩过程中，子宫收缩导致胎头下降并牵张宫颈，宫颈受到牵张可进一步加强宫缩，使胎头继续下降，此时宫颈进一步受到牵张，宫颈的牵张再加强宫缩，如此反复，直至胎儿娩出。

实际上，正常机体中的一些正反馈活动也是为了维持整个机体的稳态。如上述的分娩过程，母体通过正反馈娩出胎儿，打破了原来怀孕的稳态；而新个体娩出后，母体又恢复至怀孕前的稳态。

值得一提的是，并不是所有正反馈所建立的稳态都是有利于机体的，在异常的情况下，过强的正反馈也会导致病理改变。例如，当机体某处小血管破裂时，各种凝血因子通过正反馈相继被激活，使血液凝固，形成血凝块，将血管破口封住。若这种正反馈活动过强时，也可能导致血栓的形成，甚至造成严重后果。

二、前馈控制系统

除了上述的负反馈和正反馈控制系统以外，体内还存在着另一种调控机制——前馈控制系统。

在自动控制理论中，前馈控制系统是利用输入或扰动信号（前馈信号）的直接控制作用构成的开环控制系统。当控制部分发出信号，指令受控部分进行某一活动时，受控部分不发出反馈信号，而是由某一监测装置在受到刺激后发出前馈信号，作用于控制部分，使其及早作出适应性反应，及时地调控受控部分的活动。

前馈控制系统可以避免负反馈调节时矫枉过正产生的波动和反应的滞后现象，使调节控制更快、更准确。

机体内的前馈控制系统也属于这样一个开环控制系统。例如，人在参加赛跑前，尽管信号枪还没响起，通过前馈调节，参赛者已出现心率加快，心输出量增加，肺通气量增加，肾上腺素分泌增加等一系列应急反应，以提前适应赛跑时机体血供和耗氧量增加的需要。可见，这种前馈活动使机体的调节控制更富有预见性和适应性。