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4.7.1 Nozioni su sistemi di regolazione

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in allestimento

Ho ritenuto opportuno introdurre un breve saggio su sistemi, processi e meccanismi regolativi senza i quali anche le più primitive forme di vita sono inimmaginabili.

Nell'ambito della nostra professione, tutti ritengono importante "l'autogestione dell'organismo" (e quindi processi omeostatici, regolativi, ...) ma sono rari i professionisti che dispongono di una formazione anche basilare in merito a sistemi, organizzazione, regolazione ecc., perchè nella formazione professionale sono ritenute "materie tecnichenon importanti" e praticamente non vengono insegnate.

1.  Sistemi e processi

I sistemi, oltre alla loro struttura, sono definiti in base alle loro proprietà processuali e descritti secondo il loro comportamento verso condizioni variabili. Questo testo si dedica prevalentemente a processi regolativi intercellulari che sono naturalmente in interdipendenza con processi di "comando" e processi di "promovimento".

Sistemi:

  • Tecnici (fisico-chimici).
  • Biologici (ecologici).
  • Sociali (economici, politici, culturali).

Sono definiti, oltre che dalla loro struttura, anche da proprietà processuali e valutati secondo il loro comportamento ed eventuali capacità comunicative:

1.1  Struttura di sistemi

La struttura dei sistemi è determinata da:

  • composizione (partecipanti, coinvolti, elementi, ingredienti, ...)
  • disposizione ("architettura", gerarchia, dipendenza, ...)
  • eventualmente (in sistemi complessi) comunicazione: mezzi, istanze, percorso, accessibilità, ...

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1.2  Proprietà processuali

I sistemi sono definiti in base alle loro proprietà processuali:

  • Regolazione come processo che tende a raggiungere un equilibrio tra diverse caratteristiche.
  • Comando come processo "tattico": secondo piani d'azione per diverse condizioni base.
  • Promovimento come processo "strategico" di adattamento a condizioni variabili complesse secondo "obiettivi", scale di valori e priorità.

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1.3  Comportamento di processi

I sistemi vengono descritti (giudicati, valutati) secondo il loro comportamento:

  • Iper- o iposensibili (reagiscono al minimo stimolo o solo a uno massiccio, percezione).
  • Inerti o esagerati (si riferisce all'effetto della reazione, conclusione).
  • Lenti e veloci (di reazione o allo stimolo o fino alla conclusione).
  • Tolleranti o indulgenti (a diverse condizioni come casuali, rari, sbagli, ...).
  • Selettivi o qualunquisti (solo a certi o a una lunga gamma di stimoli).
  • Più o meno prevedibili o aleatori secondo la complessità e
  • ... molte altre caratteristiche.

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1.4  Approccio cognitivo ai sistemi

La riflessione sui sistemi richiede delle abitudini cognitive spesso insolite:

  • Al posto di "causa ed effetto" diventa più importante il ragionamento in "percezione e risposta" di un sottosistema nel contesto del sistema interessato.
  • Visto che "le risposte" di un sistema complesso modificano spesso le condizioni e poi la percezione, si formano dei circoli ("viziosi" o "graziosi") che determinano il comportamento del sistema.
  • Per questo motivo interessano meno i dettagli di costruzione e funzionamento che il comportamento del sistema in diverse condizioni e il tempo (durata) che ogni processo richiede.
  • Per modificare il comportamento di un sistema bastano spesso interventi apparentemente insignificanti al posto e nel momento "giusto" e meno "l'adattamento" architettonico" o "funzionale" del sistema.
  • L'arte di trattare con i sistemi è quella di sfruttare le caratteristiche dinamiche del sistema stesso, limitandosi ad un minimo di intervento centrato: un atto altamente "furbo", "sovversivo" ed economico.
  • Nella nostra professione, vuol dire sfruttare le capacità di autoguarigione dell'organismo umano che significa istruirsi sulle sue abitudini di reazione. Da notare che questo è solo un particolare che si riferisce al trattamento dell'essere umano come sistema (quando sappiamo che in realtà è molto di più).

2.  Dinamica organizzativa di processi

Per descrivere il funzionamento di sistemi complessi, uso un modello che si serve di terminologie tecniche, biologiche e sociali. Secondo le usanze della teoria dell'organizzazione distinguo tre compiti principali con relative responsabilità e competenze:

  • Gestionale.
  • Dispositiva.
  • Esecutiva (o operativa).

Che sono le funzioni principali di ogni partecipante di un'organizzazione.

In un organismo ci sono:

  • Cellule.
  • Tessuti.
  • Organi.
  • Sottosistemi funzionali.

Nel contesto biologico la cellula è un completo sistema (gestionale, dispositivo e operativo) in grado di svolgere la propria funzione nei limiti dell'ambiente nel quale deve funzionare. Il suo ambiente è il fluido interstiziale e il tessuto connettivo e per una minor parte di cellule anche un ambiente "esterno".

L'ambiente "intercellulare" (fluido interstiziale dei diversi tessuti, liquidi interstiziali) che forma struttura e infrastruttura di un organismo dispone di capacità autonome di adattamento a condizioni variabili (soprattutto del tipo passivo) e di ricchissime capacità di interlocutore tra sistemi funzionali, organi, tessuti e cellule. I suoi punti forti sono prevalentemente le capacità esecutive e dispositive nel settore logistico di materiale, energia e informazione.

2.1  Funzioni organizzative di sottosistemi di un organismo

Si tratta di distinzioni di prevalenza e non assolute, perchè ogni funzione processuale necessita di tutti e tre i sistemi, ma in diverse misure. Tra di loro formano sistemi di adattamento come:

  • Sistema di promovimento tra gestione e disposizione (neurale; organismi complessi).
  • Sistema di comando tra disposizione e esecuzione (ormonale; organismi differenziati).
  • Sistema di regolazione tra esecuzione e situazione (basale; organismi primitivi, cellule).

Non è mia intenzione entrare in questo contesto nei particolari di gestione e disposizione.

Occorre però rendersi conto che, a monte, nei discorsi regolativi si trovano meccanismi e istanze che integrano il "semplice" lavoro regolativo in programmi dispositivi e in concetti gestionali, "correggendo ogni tanto il tiro" nell'interesse maggiore.

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2.2  Regolazione basale nel sistema di un organismo

Anche a livello esecutivo i processi coinvolti nella regolazione basale fanno solo una piccola parte dell'operato. In un sistema biologico assistono "solo" all'opera di trasformazione materiale ed energetica (metabolismo). Il loro contributo è di tipo:

  • "Informatico" in quanto "comunicano" attivamente o passivamente lasciando segnali, tracce, ... interpretabili o decifrabili da altri coinvolti nel processo.
  • "Energetico" perchè i processi di informazione e trasporto richiedono energia.
  • "Materiale" nel senso di trasporto biofisico e di trasformazione biochimica elementare.

3.  Regolazione e autoregolazione

Innumerevoli sono i processi tecnici, biologici e sociali di "regolazione " e di "autoregolazione". La maggior parte di loro sembra così "scontata", che non la notiamo nemmeno. Solo negli ultimi decenni ci si rese conto della loro primordiale importanza per il funzionamento dei sistemi (cibernetica, regolatori tecnici, sistemica sociale ...).

  • Grazie alle proprietà dei sistemi e delle componenti coinvolti, quelli di "autoregolazione" sono processi omeostatici. Il termine autoregolazione si usa prevalentemente per processi di regolazione "passiva" (per proprietà innate del sistema) mentre
  • "Regolazione" si applica piuttosto per processi regolativi "attivi": regolazione tramite appositi elementi come sensori, integratori, effettori ...

3.1  Processi di autoregolazione (passiva)

Moltissimi processi fisici, chimici e tecnici si basano su meccanismi regolativi "passivi"; sono processi "autoregolativi. Per il nostro tema interessano di più processi biofisici e biochimici come p.es.

  • La diffusione e l'osmosi in processi di trasporto materiale.
  • La carica di ioni in processi di trasporto materiale.
  • L'affinità chimica (valenza) di atomi e molecole in legami tra loro.
  • La presenza di catalizzatori in processi chimici e biochimici.
  • La presenza di enzimi in processi metabolici.

Le condizioni di temperatura, pressione, concentrazione di ingredienti, valore pH, potenziale elettromagnetico, affinità chimica e altri criteri determinano la possibilità e il percorso di processi. I singoli processi si sviluppano entro certi limiti ben definiti di questi criteri.

Esempio di autoregolazione tecnica "passiva"

Come esempio tecno/fisico può servire il serbatoio di un accendino:

  • Il contenuto (metano) si trova allo stato liquido o vaporoso in funzione della temperatura e della pressione locale.
  • La temperatura di ebollizione (passaggio liquido→vapore) aumenta quando la pressione aumenta.
  • Il contenitore è costruito in maniera che resiste alle pressioni e alle temperature "normali" e che è impermeabile riguardo i gas e i liquidi coinvolti.



In un serbatoio chiuso, in base a questi rapporti, si instaura uno stato di equilibrio tramite un processo di autoregolazione fisica:

  • A pressione e temperatura ambientale "umana" il liquido "metanico" evapora.
  • Trovandosi in un serbatoio chiuso, questo aumenta la pressione all'interno dell'accendino fino al punto in cui la temperatura di ebollizione (funzione di temperatura e pressione locale) corrisponde alla temperatura ambientale.

Il processo degenera funzionalmente quando raggiunge due limiti:

  • Quando la temperatura aumenta al punto che il serbatoio (che perde di resistenza con l'aumento di temperatura) non resiste più alla pressione interna (che aumenta con la temperatura), l'accendino esplode.
  • Quando la temperatura diminuisce al punto che il liquido gela, cambiano i rapporti tra pressione e temperatura fino al non più funzionamento dell'accendino perchè evapora troppo poco gas (in caso di utilizzo) per sostenere la fiamma.

Le due condizioni corrispondono "all'addormentarsi" risp. all'autodistruzione del sistema in presenza di condizioni limite.

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3.2  Processi di regolazione attiva

Processi di regolazione attiva dispongono di:

  • Istanze di controllo (sensori, controllori, ..., comunicazione all'istanza gestionale).
  • Istanze di integrazione o gestione.
  • Valutazione dei valori di controllo (ev. paragonati con altri criteri) in base a obiettivi da raggiungere, scale di valori, priorità, emergenze, ...
  • Scelta di modo, strumenti e misura di adattamento.
  • Comunicazione all'istanza "effettore".
  • Se opportuno, memorizzazione dell'evento e correzione di parametri di valutazione e scelta.
  • Istanze operative (effettori, motori, ...).

È evidente che una regolazione attiva di questo tipo è più complessa di un'autoregolazione, ma nel medesimo tempo anche più soggetta a "errori" che non un sistema primitivo passivo; sono da considerare oltre ai limiti dello stimolo "regolabile" anche i limiti delle istanze di controllo, gestionali ed esecutive, oltre che i limiti di comunicazione tra loro.

Esempio di regolazione biologica "attiva"



Il seguente esempio mostra un processo biologico di regolazione attiva: la regolazione della temperatura corporea:

  • L'esercizio fisico (andare in bicicletta), tramite il lavoro dei muscoli libera grandi quantità di energia termica nell'organismo, il che porta a un aumento della temperatura del sangue.
  • Sensori di temperatura nella pelle rilevano questo aumento e lo comunicano tramite fibre sensitive del sistema neurovegetativo al cervello.
  • Il cervello paragona i valori rilevati con un valore "accettabile" impostato, determina la differenza, decide che ci sono delle misure da prendere per abbassarlo e lo comunica al responsabile della regolazione della temperatura corporea, l'ipotalamo.
  • Questo tramite delle fibre motorie del sistema neurovegetativo aziona la muscolatura dei vasi sanguigni in modo che si dilatano (effetti di raffreddamento e di permeabilità) e attiva le ghiandole sudoripare a secernere sudore sulla superficie della pelle.
  • Il sudore, evaporando sulla superficie della pelle consuma una grande quantità di energia calorica, abbassando così la temperatura di pelle e sangue.
  • Essendo un processo continuo, la regolazione procede fino ad aver trovato un equilibrio (omeostasi) tra calore prodotto dai muscoli e quello disperso dall'evaporazione del sudore.

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3.3  Degenerazione di processi regolativi

Al di là delle condizioni e dei limiti di ogni genere un processo "degenera" diventando:

  • O sempre più lento fino all'esaurirsi (si autoinibisce, si addormenta, muore). Anche la mancanza di stimoli in certe regolazioni attive può portare a questa fine.
  • O autodistruttivo verso il sistema al quale appartiene (si autostimola, impazzisce, ...).

Anche la sovrastimolazione in certe regolazioni attive può portare a questa fine.

La moderna "teoria matematica delle catastrofi" mette a disposizione dei modelli per descrivere le condizioni di un regolare funzionamento dei sistemi, dei imiti e delle condizioni della loro degenerazione.

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3.4  Regolazione e tempo

Entro i limiti dei criteri condizionanti il processo richiede tempo. Il valore dei criteri coinvolti può o accelerare (promuovere) o frenare (inibire) la velocità del processo. In condizioni stabili il processo "risponde allo stimolo promotore dall'esterno del sistema" aumentando i fattori inibitori fino al punto in cui promotori e inibitori si bilanciano (equilibrio, omeostasi).

daniela05 May 2012, 13:33

Corr. provvisoria

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