Наблюдая за работой своего организма, вы замечали, что после бега повышается частота дыхания и сердечных сокращений. После приема пищи увеличивается количество глюкозы в крови. Однако через некоторое время эти показатели якобы сами по себе приобретают исходных значений. Каким образом происходит такая регуляция?

Гуморальная регуляция

Гуморальная регуляция (лат. юмор — жидкость) осуществляется с помощью веществ, которые влияют на процессы метаболизма в клетках, так и на работу органов и организма в целом. Эти вещества попадают в кровь, а из нее — в клетки. Так, повышение уровня углекислого газа в крови увеличивает частоту дыхания.

Некоторые вещества, например гормоны, выполняют свою функцию, даже если их концентрация в крови очень мала. Большинство гормонов синтезируются и выделяются в кровь клетками желез внутренней секреции, которые образуют эндокринную систему. Путешествуя с кровью по всему организму, гормоны могут попасть в любого органа. Но влияет гормон на работу органа только в случае, если клетки этого органа имеют рецепторы именно к этому гормону. Рецепторы сочетаются с гормонами, и это влечет за собой изменение активности клетки. Так, гормон инсулин, присоединяясь к рецепторам клетки печени, стимулирует проникновение в нее глюкозы и синтез гликогена из этого соединения.

Для подготовки к урокам советует похожие конспекты и рефераты :

Эндокринная система

Эндокринная система обеспечивает рост и развитие организма, отдельных его частей и органов. Она участвует в регуляции метаболизма и приспосабливает его к потребностям организма, постоянно меняются.

Нервная регуляция

В отличие от системы гуморальной регуляции, которая соответствует преимущественно на изменения во внутренней среде, нервная система реагирует на события, происходящие как внутри организма, так и за его пределами. С помощью нервной системы организм отвечает на любые воздействия очень быстро. Такие реакции на действие раздражителей называют рефлексами. Осуществляется рефлекс благодаря работе цепи нейронов, образующих рефлекторную дугу. Каждая такая дуга начинается с чувствительного или рецепторного, нейрона (нейрона-рецептора). Он воспринимает действие раздражителя и создает электрический импульс, который называют нервным

Импульсы, возникающие в нейроне-рецепторе, поступают к нервным центрам спинного и головного мозга, где обрабатывается информация. Здесь принимается решение, к которому органа следует отправить нервный импульс, чтобы ответить на действие раздражителя. После этого команды направляются по нейронам-эффекторов к органу, который отвечает на раздражитель. Обычно такой ответ — это сокращение определенной мышцы или выделение секрета железы. Чтобы представить себе скорость передачи сигнала по рефлекторной дуге, вспомните, за какое время вы отдергиваете руку от горячего предмета.

Нервные импульсы

Нервные импульсы передаются с помощью особых веществ — медиаторов. Нейрон, в котором возник импульс, выделяет их в щель синапса — место соединения нейронов. Медиаторы присоединяются к белкам-рецепторов нейрона-мишени, а он в ответ генерирует электрический импульс и передает его к следующему нейрону или другой клетки.

Иммунная регуляция обеспечивает иммунная система, задача которой состоит в создании иммунитета — способности организма противостоять действию внешних и внутренних врагов. Ими являются бактерии, вирусы, различные вещества, которые нарушают нормальную жизнедеятельность организма, а также его клетки, отмершие или переродились. Главные боевые силы системы иммунной регуляции — определенные клетки крови и специальные вещества, содержащиеся в ней.

Подразделяется на центральную и периферическую. В зависимости от характера иннервации органов и тканей нервную систему делят на соматическую и вегетативную.

Головной мозг расположен в мозговом отделе черепа. Он состоит из пя­ти отделов, выполняющих различные функции: продолговатый, задний (варолиев мост и мозжечок), средний, промежуточный, передний мозг (большие по­лушария).

1. Продолговатый мозг отвечает за , дыхание, сердечную
деятельность, защитные рефлексы (рвота, кашель).

2. Задний мозг. Варолиев мост - проводящие пути между мозжечком и
полушариями. Мозжечок регулирует двигательные акты (равновесие, коорди­нация движений).

3. Средний мозг - поддерживает тонус мышц, отвечает за ориентировочные, сторожевые и оборонительные рефлексы на зрительные и звуковые раз­дражители.

4. Промежуточный мозг состоит из таламуса, эпи-и гипотоламуса. Свер­ху к нему прилегает эпифиз, а снизу - гипофиз. Он регулирует все сложные
двигательные рефлексы, координирует работу внутренних органов и участвует
в гуморальной регуляции обмена веществ, потребление воды и пищи, поддер­жании постоянной температуры тела.

5. Передний мозг осуществляет психическую деятельность: память, речь,
мышление, поведение. Состоит из серого и белого вещества. Серое вещество
образует кору и подкорковые структуры и представляет собой совокупность тел
нейронов и их коротких отростков (дендритов), белое вещество - длинных от­
ростков - дексонов.

Спинной мозг расположен в костном позвоночном канале. Он имеет вид белого шнура диаметром около одного сантиметра. В нем есть 31 сегмент, от которых отходит пара смешанных спинномозговых нервов. У него две функции - рефлекторная и проводниковая.

1. Рефлекторная функция - осуществление двигательных и вегетативных рефлексов (сосудодвигательный, пищевой, дыхательный, дефекации, мо­чеиспускания, половой).

2. Проводниковая функция - проведение нервных импульсов от голов­ного мозга к телу и наоборот.

Вегетативная нервная система управляет деятельностью внутренних органов, желез и не подчиняется воле человека. Она состоит из ядер - скопле­ние нейронов в головном и спинном мозге, вегетативных узлов - скопление нейронов вне ЦНС и из нервных окончаний. Вегетативная система делится на симпатическую и парасимпатическую.

Симпатическая система мобилизует силы организма в экстремальной ситуации. Ее ядра находятся в спинном мозге, а узлы вблизи него. При ее воз­буждении учащаются и усиливаются сердечные сокращения, происходит пере­распределение крови от внутренних органов к мышцам, снижении железистой двигательной функции желудка и кишечника.

Парасимпатическая система. Ее ядра находятся в продолговатом, сред­нем мозге и частично в спинном мозге, а функция - противоположна симпати­ческой - система «отбоя» - способствует протеканию восстановительных про­цессов в организме. Строение и функция гуморальной регуляторной системы организма человека.

Гуморальную регуляцию осуществляют железы внутренней и смешан­ной секреции.

1. Железы внутренней секреции (эндокринные железы) не имеют выводных протоков и выделяют свои секреты непосредственно в кровь.

2. Железы смешанной секреции - одновременно осуществляют и внеш­нюю и внутреннюю секрецию (поджелудочная железа, половые железы) - вы­деляют секреты в кровь и в полость органов.

Эндокринные железы выделяют гормоны. Всем им свойственна высокая интенсивность оказываемого воздействия, его дистантность - оказания дейст­вия на расстоянии от места продукции; высокая специфичность действия, а также идентичность действий гормонов у животных и человека. Гормоны ока­зывают свое влияние на организм различными путями: через нервную систему, гуморальную систему и непосредственно воздействуя на рабочие органы и фи­зиологические процессы.

Эндокринноактивных желез большое количество: гипоталамус, гипофиз, эпифиз, тимус, половые железы, надпочечники, щитовидная железа, паращито-видная железа, плацента, поджелудочная железа. Разберем функции некоторых из них.

Гипоталамус - участвует в регуляции вводно-солевого обмена, через син­тез антиудиритеческого гормона; в недержании гомоэтермии; контроле эмоций и поведения, деятельность органов размножения; обуславливает лактацию.

При гипофункции развивается несахарный диабет вследствие очень силь­ного и обильного диуреза. При гиперфункции появляются отеки, артериальная гиперемия, нарушается сон.

Гипофиз находится в головном мозге, он продуцирует гормон роста, а та­кже деятельность других желез. Выработка лактогенного гормона и гормона, регулирующего пигментацию кожи и волос. Гормоны гипофиза включают окисление липидов . При гипофункции в детском возрасте развивается карлико­вость (нанизм). При гиперфункции в детском возрасте развивается гигантизм, а во взрослом акромегалия.

Щитовидная железа выделяет йодозавимый гормон тироксин. При ги­пофункции в детском возрасте развивается кретинизм - задержка роста, психи­ческого и полового развития. Во взрослом возрасте - териоидный зоб, снижа­ются интеллектуальные возможности, повышается содержание холестерина в крови, нарушается менструальный цикл, часто происходит невынашивание бе­ременности (преждевременные роды и выкидыши). При гипертериозе развива­ется базедова болезнь.

Поджелудочная железа - выделяет два противоположных по действию гормона, регулирующих обмен углеводов - глюкогон, отвечает за распад гли­когена до глюкозы, а инсулин - за синтез из глюкозы гликогена. При дефиците

глюкогона и избытке инсулина развивается тяжелейшая гипогликемическая кома. При избытке глюкогона и дефиците инсулина - сахарный диабет.

Раздел 1 ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

§ 8.Регуляторные системы организма человека

Гуморальная регуляция (лат. гумор - жидкость) осуществляется с помощью веществ, которые влияют на процессы метаболизма в клетках, следовательно, и на работу органов и организма в целом. Эти вещества попадают в кровь, а из нее - в клетки. Так, повышение уровня углекислого газа в крови увеличивает частоту дыхания.

Некоторые вещества, например гормоны, выполняют свою функцию, даже если их концентрация в крови очень мала. Большинство гормонов синтезируются и выделяются в кровь клетками желез внутренней секреции, образующих эндокринную систему. Путешествуя с кровью по всему организму, гормоны могут попасть в любого органа. Но влияет гормон на работу органа только в случае, если клетки этого органа имеют рецепторы к этому гормону. Рецепторы сочетаются с гормонами (рис. 8.1), и это вызывает изменение активности клетки. Так, гормон инсулин, присоединяясь к рецепторам клетки печени, стимулирует проникновение в нее глюкозы и синтез гликогена из этого соединения.

Рис. 8.1. Схема действия гормона:

1 - кровеносный сосуд; 2 - молекула гормона; 3 - рецептор на плазматической мембране клетки

Эндокринная система обеспечивает рост и развитие организма, отдельных его частей и органов. Она участвует в регуляции метаболизма и приспосабливает его к потребностям организма, которые постоянно меняются.

Нервная регуляция. В отличие от гуморальной системы регуляции, которая отвечает преимущественно на изменения во внутренней среде, нервная система реагирует на события, происходящие как внутри организма, так и за его пределами. С помощью нервной системы организм отвечает на любые воздействия очень быстро. Такие реакции на действие раздражителей называют рефлексами. Осуществляется рефлекс благодаря работе цепи нейронов, образующих рефлекторную дугу (рис. 8.2). Каждая такая дуга начинается с чувствительного, или рецепторного, нейрона (нейрона - рецептора). Он воспринимает действие раздражителя и создает электрический импульс, который называют нервным. Импульсы, возникающие в нейроне-рецепторе, поступают к нервным центрам спинного и головного мозга, где обрабатывается информация. Здесь принимается решение, к какому органа следует послать нервный импульс, чтобы ответить на действие раздражителя. После этого команды направляются по нейронам-ефекторах к органу, который отвечает на раздражитель. Обычно такой ответ - это сокращение определенной мышцы или выделение секрета железы. Чтобы представить себе скорость передачи сигнала по рефлекторной дуге, вспомните, за какое время вы відсмикуєте руку от горячего предмета.

Нервные импульсы передаются с помощью особых веществ - медиаторов. Нейрон, в котором возник импульс, выделяет их в щель синашу - место соединения нейронов (рис. 8.3).

Рис. 8.2. Рефлекторная дуга:

1 - нейрон-рецептор; 2 - нейрон нервного центра спинного мозга; 3 - нейрон-эффектор; 4 - мышца, которая сокращается

Рис. 8.3. Схема передачи информации между нейронами:

1 - окончание отростка одного нейрона; 2 - медиатор;

3 - плазматическая мембрана другого нейрона; 4 - синаптическая щель

Медиаторы присоединяются к белкам-рецепторам нейрона-мишени, а он в ответ генерирует электрический импульс и передает его к следующему нейрону или иной клетки.

Иммунную регуляцию обеспечивает иммунная система, задача которой заключается в создании иммунитета - способности организма противостоять воздействию внешних и внутренних врагов. Ими являются бактерии, вирусы, различные вещества, которые нарушают нормальную жизнедеятельность организма, а также его клетки, которые отмерли или переродились. Главные боевые силы системы иммунной регуляции - определенные клетки крови и специальные вещества, содержащиеся в ней.

Организм человека - саморегулирующаяся система. Задачей саморегуляции является поддержка всех химических, физических и биологических показателей работы организма в определенных пределах. Так, температура тела здорового человека может колебаться в пределах 36-37°C , кровяное давление 115/75-125/90 мм рт. ст., концентрация глюкозы в крови - 3,8-6,1 ммоль/л. Состояние организма, во время которого все параметры его функционирования остаются относительно постоянными, называют гомеостазом (греч. гомео - подобный, стасис - состояние). На поддержание гомеостаза и направлена работа регуляторных систем организма, которые действуют в постоянной взаимосвязи.

ЧЕЛОВЕК И ЕГО ЗДОРОВЬЕ

Здоровье и болезнь

Что понимают под словом «здоровье» люди, желая друг другу «Будьте здоровы!»? Физиологически организм считается здоровым, если все его клетки, ткани, а соответственно, и органы работают в соответствии с возложенными на них функциями. Если на любом уровне системы «организм» возникают перебои в работе, может развиться болезнь.

Среди болезней различают инфекционные и неинфекционные. Первые передаются от больного организма к здоровому и вызываются различными возбудителями (бактериями, вирусами, простейшими). Неинфекционные болезни могут развиваться из-за недостаточного количества в пищевом рационе определенных веществ, вследствие действия радиационного излучения и тому подобное.

Все чаще ухудшение здоровья людей становится следствием их собственной халатной деятельности. Так, за загрязнение окружающей среды возросло количество заболеваний раком, астмой. Курение, употребление спиртных напитков и наркотиков наносят непоправимый вред всем системам органов человека.

Отдельную группу составляют наследственные болезни. Они передаются от родителей к детям вместе с программой жизни, содержащейся в хромосомах. К этим болезням относят и врожденные дефекты, которые могут возникнуть во время развития плода. Часто они возникают в тех случаях, когда беременная женщина курит, употребляет спиртные напитки, болеет инфекционные болезни и тому подобное.

Каждому с детства известны правила здорового образа жизни. Следует рационально питаться, заниматься спортом, не употреблять алкоголь, никотин, наркотики, меньше смотреть телевизор и ограничивать использование компьютера.

Что такое рак?

Известный французский ученый Бы. Перільє писал: «Рак - заболевание, трудно и определить, и вылечить». К сожалению, эти слова, сказанные около 200 лет назад, актуальны и сегодня.

Ежедневно в организме человека отмирает и образуется в результате деления около 25 млн клеток. Для нормальной жизнедеятельности организма необходимо, чтобы количество клеток в нем сохранялась неизменной. Если это постоянство нарушается и начинается неконтролируемое размножение клеток, может образоваться опухоль. По характеру роста и биологическими признаками опухоли бывают доброкачественными и злокачественными. Один из главных признаков доброкачественных опухолей - отсутствие способности к распространению в организме (метастазирование). Злокачественные опухоли называют раком. Раковые клетки отличаются от нормальных отсутствием характерной специализации. Например, раковые клетки, образовавшиеся в печени, не способны обезвреживать и выводить вредные вещества. Клетки злокачественных опухолей долговечнее за нормальные, гораздо быстрее размножаются, проникают в соседние ткани, разрушая их.

Каковы причины возникновения злокачественных опухолей? Прежде всего, это еда, содержащая много красителей, пищевых добавок и ароматизаторов, курения табака, что приводит не только к раку легких, но и дыхательных путей, пищевода, мочевого пузыря и других органов. Причиной перерождения клеток также могут быть и различные виды излучения (особенно радиоактивное), некоторые микроорганизмы и вирусы, нарушение иммунной защиты.

Стволовые клетки

Стволовые клетки получили такое название неслучайно: от них происходят все 350 видов клеток организма человека, подобно тому, как от ствола дерева образуются все его веточки. Из стволовых клеток на самых ранних этапах развития эмбрион человека. Вследствие деления такой клетки одна из дочерних клеток становится стовбуровою, а вторая специализируется, приобретая свойства того или иного вида клеток организма. Через некоторое время количество клеток с неограниченными возможностями (так иногда называют стволовые клетки) в эмбрионе уменьшается. У новорожденного их лишь несколько сотых процента, а с возрастом становится еще меньше. Во взрослом организме стволовые клетки содержатся в основном в красном костном мозге, однако встречаются и в других органах.

Стволовые клетки являются резервом организма, который он может использовать для «ремонта» каких-либо поврежденных тканей. Ведь известно, что обычно зрелые специализированные клетки не размножаются, поэтому восстановить ткань за их счет невозможно. В этом случае на помощь

могу приходят стволовые клетки. Они активно делятся, специализируются и замещают погибшие клетки, ликвидируя повреждения. Подобной стволовой есть так называемая камбіальна клетка. Одна из ее дочерних клеток в результате специализации становится клеткой той ткани, к которой относится материнская камбіальна клетка. Камбиальные клетки содержатся почти во всех тканях, они обеспечивают их рост и обновление. Так, благодаря камбіальним клеткам непрерывно восстанавливается эпителий кожи. Ученые тщательно исследуют свойства стволовых и камбиальных клеток в поисках путей использования их свойств в медицине.

Организм человека является многоуровневой открытой системой, которую изучают на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, на уровне органов и физиологических систем, а также на уровне целостного организма.

Химическими составляющими организма являются неорганические (вода, соли, кислород, углекислый газ) и органические (белки, жиры, углеводы и тому подобное) вещества. Основной структурно-функциональной единицей организма является клетка, в которой все время происходят реакции метаболизма, обеспечивают рост и развитие организма. Размножение клеток происходит путем деления.

Клетки, сходные по строению, функцией и происхождением, и міжклітинна вещество образуют ткань определенного вида. Из тканей формируются органы, а из органов состоят физиологические системы. По характеру функций их подразделяют на регуляторные (нервная, эндокринная, иммунная) и исполнительные (опорно-двигательная, пищеварительная, дыхательная, половая и др).

Взаимодействие исполнительных и регуляторных систем направлена на поддержание постоянства показателей жизнедеятельности организма - гомеостаза.

А. Надежность регуляторньгх механизмов . При отсутствии па­тологии органы и системы организма обеспечивают такой уро­вень процессов и констант, который необходим организму со­гласно его потребностям в различных условиях жизнедеятельно­сти. Это достигается благодаря высокой надежности функци­онирования регуляторных механизмов, что в свою очередь обес­печивается за счет ряда факторов.

1. Регуляторных механизмов несколько, они дополняют друг друга (нервный, гуморальный: гормоны, метаболиты, тканевые гормоны, медиаторы - и миогенный).

2. Каждый механизм может оказывать разнонаправленные влияния на орган. Например, симпатический нерв тормозит сокращение желудка, а парасимпатический нерв усиливает. Множе­ство химических веществ стимулирует или тормозит деятельность различных органов: например, адреналин тормозит, а серотонин усиливает сокращения желудка и кишечника.

3. Каждый нерв (симпатический и парасимпатический) и любое вещество, циркулирующее в крови, также могут оказывать разно­направленные влияния на один и тот же орган. Например, симпа­тический нерв и ангиотензин суживают кровеносные сосуды; есте­ственно, что при уменьшении их активности сосуды расширяются.

4. Нервные и гуморальные механизмы регуляции взаимодейст­вуют между собой. Например, выделяющийся из парасимпатиче­ских окончаний ацетилхолин свое действие оказывает не только на клетки - эффекторы органа, но и тормозит выброс норадреналина из рядом расположенных симпатических терминалей. По­следние такое же влияние с помощью норадреналина оказывают на выделение ацетилхолина парасимпатическими терминалями. Это резко увеличивает эффект действия самого ацетнлхолина или норадреналина на орган. Адренокортикотропный гормон (АКТГ) стимулирует выработку гормонов коры надпочечников, однако избыточный их уровень посредством обратной отрицательной связи (см. раздел 1.6, Б-1) угнетает выработку самого АКТГ, что ведет к снижению выделения кортикоидов.

5. Если продолжить цепочку этого анализа, имея в виду приспо­собительный результат (поддержание констант организма на опти­мальном уровне) и работу эффекторов, то обнаружим несколько путей системной их регуляции. Так, необходимый для организма уровень артериального давления (АД) поддерживается за счет из­менения интенсивности работы сердца; регуляции просвета сосу­дов; количества циркулирующей жидкости, что реализуется с по­мощью перехода жидкости из сосудов в ткани и обратно и с по­мощью изменения ее объема, выводимого с мочой, депонирования крови или выхода ее из депо и циркуляции по сосудам организма.

Таким образом, если перемножить все пять перечисленных вариантов регуляции констант организма с учетом того, что у каждого имеется их несколько или даже несколько десятков (например, гуморальных веществ), то общее число этих вариан­тов будет исчисляться сотнями! Это и обеспечивает весьма вы­сокую степень надежности системной регуляции процессов и констант даже в экстремальных условиях и при патологических процессах в организме.

И, наконец, надежность системной регуляции функций орга­низма высока еще и потому, что имеется два типа регуляции.

Б. Типы регуляции. В литературе встречается несколько терми­нов, дублирующих и даже противоречащих друг другу. В частно-

сти, мы полагаем, что деление регуляции на типы по отклонению и по возмущению некорректно. В обоих случаях есть возмущаю­щий фактор. Например, возмущающим фактором является откло­нение регулируемой константы от нормы (регуляция по отклоне­нию), т.е. тип регуляции по отклонению без возмущающего фак­тора не реализуется. В зависимости от момента включения регуляторных механизмов относительно изменения константы организма от нормальной величины следует выделить регуляцию по отклонению и регуляцию по опережению. Эти два понятия включают в себя все другие и исключают терминологическую пу­таницу.

1, Регуляция по отклонению - циклический механизм, при кото­ром всякое отклонение от оптимального уровня регулируемой константы мобилизует все аппараты функциональной системы к восстановлению ее на прежнем уровне. Регуляция по отклонению предполагает наличие в Составе системного комплекса канала от­рицательной обратной связи, обеспечивающего разнонаправлен­ное влияние: усиление стимулирующих механизмов управления в случае ослабления показателей процесса, а также ослабление сти­мулирующих механизмов в случае чрезмерного усиления показа­телей процесса и констант. В отличие от отрицательной обратной связи положительная обратная связь, встречающаяся в организме редко, оказывает только однонаправленное влияние, причем сти­мулирует развитие процесса, находящегося под контролем управ­ляющего комплекса. Поэтому положительная обратная связь де­лает систему неустойчивой, неспособной обеспечить стабильность регулируемого процесса в пределах физиологического оптимума. Например, если бы АД регулировалось по принципу положитель­ной обратной связи, то в случае его снижения действие регуля­торных механизмов привело бы к еще большему его снижению, а в случае повышения - к еще большему его увеличению. Примером положительной обратной связи является усиление начавшейся секреции пищеварительных соков в желудке после приема пищи, что осуществляется с помощью продуктов гидролиза, всосавших­ся в кровь.

Таким образом, функциональные системы своими саморегуля-торными механизмами поддерживают основные показатели внут­ренней среды в диапазоне колебаний, не нарушающих оптималь­ный ход жизнедеятельности организма. Из этого вытекает, что представление о константах внутренней среды организма как ста­бильных показателях гомеостазиса относительно. Вместе с тем выделяют «жесткие» константы, которые поддерживаются соот­ветствующими функциональными системами на сравнительно фиксированном уровне и отклонение которых от этого уровняоказывается минимальным, так как чревато серьезными наруше­ниями метаболизма. Выделяют также «пластичные», «мягкие» константы, отклонение которых от оптимального уровня допус­кается в широком физиологическом диапазоне. Примерами «жестких» констант являются уровень осмотического давления, величина рН. «Пластичные» константы - это величина АД. тем­пература тела, концентрация питательных веществ в крови.

В учебной и научной литературе встречаются также понятия «установочная точка» и «заданное значение» того или иного пара­метра. Эти понятия позаимствованы из технических дисциплин. Отклонения параметра от заданной величины в техническом уст­ройстве немедленно включает регуляторные механизмы, возвра­щающие ее параметры к «заданному значению». В технике подоб­ная постановка вопроса о «заданном значении» вполне уместна. Эту «установочную точку» задает конструктор. В организме имеет место не «заданное значение» или «установочная точка», а опреде­ленное значение его констант, в том числе и постоянная температу­ра тела высших животных и человека. Определенный уровень кон­стант организма обеспечивает относительно независимый (сво­бодный) образ жизни. Этот уровень констант сформировался в процессе эволюции. Сформировались и механизмы регуляции этих констант. Поэтому понятия «установочная точка» и «заданное зна­чение» следует признать некорректными в физиологии. Существует общепринятое понятие «гомеостазис», т.е. постоянство внутренней среды организма, которое подразумевает постоянство различных констант организма. Поддержание этого динамического постоян­ства (все константы колеблются - одни больше, другие меньше) обеспечивается всеми регуляторпыми механизмами.

2. Регуляция по опережению заключается в том, что регулирую­щие механизмы включаются до реального изменения параметра регу­лируемого процесса (константы) на основе информации, поступаю­щей в нервный центр функциональной системы и сигнализирующей о возможном изменении регулируемого процесса (константы) в буду­щем. Например, терморецепторы (детекторы температуры), нахо­дящиеся внутри тела, обеспечивают контроль за температурной константой внутренних областей тела. Терморецепторы кожи в ос­новном играют роль детекторов температуры окружающей среды (возмущающий фактор). При значительных отклонениях темпера­туры окружающей среды создаются предпосылки возможного из­менения температуры внутренней среды организма. В норме, одна­ко, этого не происходит, так как импульсация от терморецепторов кожи, непрерывно поступая в гипоталамический терморегуляторный центр, позволяет терморегуляторному центру произвести ком­пенсаторные изменения работы эффекторов системы до момента реального изменения температуры внутренней среды организма. Усиление вентиляции легких при физической нагрузке начинается раньше увеличения потребления кислорода и накопления угольной кислоты в крови. Это осуществляется благодаря афферентной им-пульсации от проприорецепторов активно работающих мышц. Следовательно, импульсация проприорецепторов выступает как фактор, организующий перестройку работы функциональной сис­темы, поддерживающей оптимальный для метаболизма уровень Ро 2 - Рсо 2 и рН внутренней среды с опережением.

Регуляция по опережению может реализоваться с помощью ме­ханизма условного рефлекса. Показано, что у кондукторов товар­ных поездов в зимнее время резко нарастает производство тепла по мере удаления от станции отправления, где кондуктор нахо­дился в теплой комнате. На обратном пути по мере приближения к станции производство тепла в организме отчетливо снижается, хотя в обоих случаях кондуктор подвергался одинаково интен­сивному охлаждению, а все физические условия отдачи тепла не менялись (А.Д.Слоним).

Благодаря динамической организации регуляторных механиз­мов функциональные системы обеспечивают гомеостазис орга­низма как в состоянии покоя, так и в состоянии его повышенной активности в среде обитания.

ГОМЕОСТАЗИС

Понятия

Гомеостазис (homeostasis) - от греч. homois - подобный, сход­ный + 513515 - стояние, неподвижность.

Это понятие ввел в физиологию В.Кэннон (1929) и определил его как совокупность скоординированных реакций, обеспечи­вающих поддержание или восстановление внутренней среды ор­ганизма. В переводе на русский язык это означает не реакцию, а состояние внутренней среды организма. В настоящее время (совершенно обоснованно, с нашей точки зрения) под гомеостазисом понимают динамическое постоянство внутренней среды орга­низма и параметров деятельности органов.

Внутренняя среда организма - это совокупность крови, лимфы, межклеточной и цереброспинальной (спинномозговой) жидкости. Под постоянством внутренней среды организма понимают ее биохимический состав, объем, состав форменных элементов и температуру. Состав внутренней среды определяют ее константы: например, рН крови (артериальный - 7,4; венозный - 7,34), осмо­тическое давление крови (7,6 атм), вязкость всех жидкостей орга-низма (у крови она в 4,5-5 раз больше, чем у воды) и др. «Поддержание постоянства условий жизни в нашей внутренней среде - необходимый элемент свободной и независимой жизни», -отмечал К.Бсрнар (1878). Благодаря этому постоянству мы в зна­чительной степени не зависимы от окружающей среды.

Постоянство внутренней среды зависит от устойчивого функ­ционирования внутренних органов (параметров их деятельности). Например, при нарушении газообменной функции легких наруша­ется содержание О 2 и СО 2 в крови и межклеточной жидкости, рН крови и других жидкостей организма. Устойчивая деятельность почки также определяет многие константы внутренней среды: рН, осмотическое давление, количество жидкости в организме и др.

Возможны такие ситуации, когда внутренняя среда не нарушена, а гомеостазис не наблюдается. Например, повышенное АД вследствие спазма кровеносных сосудов (в тяжелых случаях это гипертоническая болезнь) является нарушением гомеостазиса, ведущим к ухудшению трудовой деятельности, но повышение АД может не сопровождаться отклонениями от нормы внутренней среды организма. Следователь­но, возможно серьезное отклонение параметров деятельности вну­тренних органов без изменений внутренней среды организма. Тако­вым, например, является тахикардия (большая частота сердечных сокращений) как компенсаторная рефлекторная реакция при низком АД вследствие уменьшения тонуса кровеносных сосудов. В данном случае параметры деятельности внутренних органов также сильно отклонены от нормы, гомеостазис нарушен, трудоспособность сни­жена, однако состояние внутренней среды организма может нахо­диться в пределах нормы.

Динамическое постоянство внутренней среды и параметров дея­тельности органов. Имеется в виду, что физиологические и биохи­мические константы и интенсивность деятельности органов вариа­бельны и соответствуют потребностям организма в различных ус­ловиях его жизнедеятельности. Так, например, во время физической нагрузки частота и сила сердечных сокращений увеличиваются иногда в два и даже в три раза, при этом максимальное (систо­лическое) АД сильно возрастает (иногда и диастолическое); в крови накапливаются метаболиты (молочная кислота, СОг, адениловая кислота, закислястся внутренняя среда организма), наблюдается гиперпноэ - увеличение интенсивности внешнего дыхания, но эти изменения не являются патологическими, т.е. гомеостазис остается динамическим. Если бы параметры функционирования органов и систем организма не изменялись в связи с изменением интенсивно­сти их деятельности, то организм не смог бы выдерживать повы­шенные нагрузки. Следует отметить, что во время физической на­грузки функции не всех органов и систем активируются: например, деятельность системы пищеварения, напротив, угнетается. В покое наблюдаются противоположные изменения: снижаются потребле­ние О 2 , обмен веществ, ослабевает деятельность сердца и дыхания, исчезают отклонения биохимических показателей, газов крови. По­степенно все значения возвращаются к норме в покое.

Норма - это среднестатистическое значение констант внутренней среды и параметров деятельности органов и систем организма. Для каждого человека они могут существенно отличаться от усреднен­ной нормы, тем более от показателей у отдельных лиц. Поэтому для показателей нормальных величин имеются границы этой нор­мы, причем у разных констант разброс параметров весьма отличен. Например, максимальное АД у молодого человека в покое состав­ляет 110-120 мм рт. ст. (разброс 10 Мм рт. ст.), а колебания рН кро­ви в покое равны нескольким сотым долям. Различают «жесткие» и «пластические» константы (П.К.Анохин; см. раздел 1.6, Б1). Ве­личина АД различается в разные периоды онтогенеза. Так, в конце 1-го года жизни систолическое АД составляет = 95 мм рт. ст., в воз­расте 5 лет<= 100 мм,в 10 лет- 105 мм рт. ст., т.е. норма вариабель­на в антогенезе. «Жесткими» константами являются те параметры внутренней среды, которые определяют оптимальную активность ферментов и тем самым возможность оптимального для организма протекания обменных процессов.

Гомеостазис, соответствующий потребностям организма в раз­личных условиях его жизнедеятельности, поддерживается благода­ря высокой надежности в работе различных органов и систем ор­ганизма.

1.7.2. Надежность физиологических систем, обеспечивающих гомеостазис

Организм в процессе жизнедеятельности нередко испытывает сильные эмоциональные и физические нагрузки, подвергается гео­физическим воздействиям: высокие и низкие температуры, геомаг­нитное поле, солнечная радиация. В процессе эволюции сформиро­вались различные механизмы, обеспечивающие оптимальные при­способительные реакции. В покое многие органы и системы

Функционируют с минимальной нагрузкой, при физическом напря­жении интенсивность деятельности их может возрастать в десятки раз. Основными способами и механизмами, обеспечивающими на­дежность физиологических, а значит, и функциональных систем, являются следующие:

1. Резерв структурных цементов в органе и их функциональная мобильность. Число клеток и структурных элементов в различных органах и тканях значительно больше, чем необходимо для достаточного обеспечения организма, находящегося в покое. Так, во время отдыха в покоящейся мышце человека функционирует не­большое число капилляров - около 30 открытых капилляров на 1 мм 2 поперечною сечения мышцы (дежурные капилляры), при мак­симальной работе мышцы число их доходит до 3000 на 1 мм 2 . В сердце одномоментно функционирует 50 % капилляров, 50 % - не функционирует. В темноте расширяется рецептивное поле ганглиозных клеток сетчатки - они получают информацию от большего числа фоторецепторов. Наличие резерва структурных элементов обеспечивает их функциональную мобильность - смену функцио­нирующих элементов: одни работают, другие отдыхают (функцио­нирование и покой чередуются). Органом, который имеет большой резерв структурных элементов, является печень. При повреждении печени оставшиеся клетки вполне могут обеспечить ее нормальную работу. В физиологии понятие «функциональная мобильность» ввел Г.Снякин.

2. Дублирование в физиологических системах встречается весьма часто, что также повышает их надежность: в организме два лег­ких, две почки, два глаза, два уха, парные нервные стволы, кото­рые в функциональном отношении в значительной степени пере­крывают друг друга: например, левый и правый блуждающие и симпатические нервы. Иннервация внутренних органов, тела че­ловека осуществляется из нескольких сегментов спинного мозга. Каждый метамер тела иннервируется тремя чувствительными и двигательными корешками спинного мозга, к сердцу подходят нервы от пяти грудных сегментов спинного мозга. Нейроны цен­тров, регулирующих различные функции, расположены в разных отделах головного мозга, что также повышает надежность в регу­ляции функций организма. Дублируется и ферментативная обра­ботка пищи, поступающей в пищеварительный тракт: после уда­ления желудка по медицинским показаниям пищеварение осуще­ствляется удовлетворительно.

Три механизма регуляции функций организма (нервный, гумо­ральный и миогенный) обеспечивают тонкую приспособительную регуляцию функций органов и систем в соответствии с потребно­стями организма в различных условиях жизнедеятельности. При­мером дублирования является многоконтурность механизмов регу­ляции ряда физиологических констант. Регуляция АД, например, осуществляется с помощью механизмов быстрого реагирования (рефлекторная регуляция), механизмов небыстрого реагирования (гормональная и миогенная регуляция сосудистого тонуса, измене­ние объема воды в крови за счет перехода ее из капилляров в ткань и обратно), механизмов медленного реагирования (изменение ко­личества выводимой воды из организма с помощью регуляторньгх влияний на почки). Постоянство рН среды поддерживается легки­ми, почками, буферными системами крови.

3. Адаптация - совокупность реакций и механизмов их осущест­вления, обеспечивающих приспособление организма к изменениям геосоциальных условий (природных, социальных и производствен­ных). Адаптивные реакции могут быть врожденными и приобре­тенными; они осуществляются на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Адаптивные механизмы весьма разно­образны. Например, при систематически усиленной физической нагрузке развивается гипертрофия мышц, при дыхании воздухом с пониженным содержанием кислорода повышается уровень гемо­глобина в крови, увеличиваются число капилляров в тканях, венти­ляция легких; при действии низкой температуры возрастает обмен веществ, уменьшается теплоотдача; изменение освещенности (день - ночь) сформировало циркадианные (околосуточные) биологиче­ские ритмы: большинство органов и систем организма интенсивнее функционируют днем, чем ночью, так как ночью человек обычно отдыхает; при действии инфекционных агентов формируется имму­нитет; при повреждении легких увеличиваются эритропоэз и коли­чество гемоглобина в крови.

4. Регенерация поврежденной части органа или ткани за счет раз­множения сохранившихся клеток и синтез новых структурных эле­ментов после диссимиляции (катаболизма) также повышают на­дежность физиологических систем. Так, белки организма на 50% обновляются за 80 дней, печень - за 10 дней, все тело обновляется на 5% ежедневно. Нервные волокна поврежденного и восстанов­ленного (сшитого) нерва регенерируют (растут), их регуляторная функция восстанавливается, поврежденный эпителий регенерирует, разрезанная и сшитая кожа срастается; пересаженный на обожжен­ную поверхность тела участок кожи приживается, сшитые после операции кровеносные сосуды срастаются, сломанные в результате травмы кости также срастаются; поврежденная печень частично восстанавливается за счет размножения сохранившихся клеток.

5. Экономичность функционирования всех органов и систем также повышает их надежность. Она реализуется с помощью многих механизмов, главным из которых является возможность приспособления деятельности любого органа и системы к теку­щим потребностям организма. Так, частота сердечных сокращений в покое составляет 60-80 в минуту, а во время быстрого бега - 150-200; в покое, в условиях температуры комфорта и натощак орга­низм за 1 ч расходует около 70 ккал, а при тяжелой физической ра­боте - 600 ккал и более, т.е. расход энергии возрастает в 8-10 раз. Гормоны выделяются в малых количествах, но вызывают сильное и длительное регуляторное влияние на органы и ткани. В организме снепосредственной затратой энергии переносятся (транспорти­руются через клеточную мембрану) всего несколько ионов, основ­ные из них N3*, Са 2+ , по-видимому, С1- и некоторые другие, но это обеспечивает всасывание в желудочно-кишечном тракте, создание электрических зарядов клеток организма, перемещение воды в клетку и обратно, процесс мочеобразования, регуляцию осмотиче­ского давления. рН внутренней среды организма. Кроме того, транспорт самих ионов в клетку и из клетки вопреки концентраци­онному и электрическому градиентам также осуществляется весьма экономично. Например, ионы N3+ из клетки выводятся с затратой энергии, а возвращение ионов К + в клетку происходит без затраты энергии. Организм приобретает большое число условных рефлек­сов, каждый из которых может быть заторможен, если в нем нет необходимости. Безусловные рефлексы вообще не возникают без изменения внешней или внутренней среды организма. В процессе трудовой деятельности и в спорте (работа на конвейере, обработка деталей рабочим, комплекс гимнастических упражнений) вначале (при освоении навыков) затрачиваются большие усилия, включает­ся избыточное число мышечных групп, затрачивается большое ко­личество энергии, имеет место эмоциональное напряжение. Когда навыки упрочены, многие движения становятся автоматизирован­ными - экономичными, избыточные исключаются,

6. Снабжение организма кислородом является достаточным даже при значительном уменьшении его парциального давления в атмосферном воздухе, так как гемоглобин очень легко насы­щается кислородом. Например, при снижении Ро 2 в легких со 100 до 60 мм рт. ст. насыщение гемоглобина кислородом снижа­ется всего лишь с 97 до 90%. что не сказывается отрицательно на состоянии организма.

7. Совершенствование структуры органов в процессе эволюции связано с увеличением интенсивности их функционирования, что также выступает в роли фактора надежности. Функциональ­ная активность является ведущим фактором в развитии струк­турных элементов. Активное функционирование органа или сис­темы обеспечивает более совершенное развитие их структуры в фило- и онтогенезе. Например, высокая физическая нагрузка обеспечила развитие мощной скелетной мускулатуры, ЦНС, сердечно-сосудистой системы. В свою очередь, совершенная структура органа или системы - основа их высоких функцио­нальных возможностей, что наблюдается как в фило-, так и в онтогенезе. Орган, который не функционирует или функциони­рует недостаточно, начинает увядать, атрофироваться. Это ка­сается и умственной деятельности, если нет должной интеллек­туальной нагрузки. Увеличение интенсивности деятельности

мозга в филогенезе (возрастание двигательной активности, ус­ложнение поведенческих реакций) способствовало быстрому ус­ложнению строения мозга и опорно-двигательного аппарата. Активная психическая и физическая деятельность приматов и человека обеспечили бурное развитие коры большого мозга. В процессе эволюции больше совершенствуется в развитии тот ор­ган, к которому условия жизнедеятельности предъявляют боль­шую нагрузку, что повышает надежность функционирования различных органов и тканей и организма в целом.

8. Высокую степень надежности в работе ЦНС обеспечивает такое ее свойство, как пластичность - способность нервных эле­ментов и их объединений к перестройке функциональных свойств. Примерами, иллюстрирующими это свойство ЦНС, являются фе­номен облегчения (улучшение проведения нервных импульсов, повторно идущих по одному и тому же пути); образование новых временных связей при выработке условных рефлексов; образова­ние доминантного очага возбуждения в ЦНС. оказывающего сти­мулирующее влияние на процессы достижения необходимой цели; компенсация функций при значительном повреждении ЦНС и, в частности, коры большого мозга.

Наблюдая за работой своего организма, вы замечали, что после бега повышается частота дыхания и сердечных сокращений. После приема пищи увеличивается количество глюкозы в крови. Однако через некоторое время эти показатели якобы сами по себе приобретают исходных значений. Каким образом происходит такая регуляция?

Гуморальная регуляция (лат. гюмор - жидкость) осуществляется с помощью веществ, которые влияют на процессы метаболизма в клетках, так и на работу органов и организма в целом. Эти вещества попадают в кровь, а из нее - в клетки. Так, повышение уровня углекислого газа в крови увеличивает частоту дыхания.

Некоторые вещества, например гормоны, выполняют свою функцию, даже если их концентрация в крови очень мала. Большинство гормонов синтезируются и выделяются в кровь клетками желез внутренней секреции, которые образуют эндокринную систему. Путешествуя с кровью по всему организму, гормоны могут попасть в любого органа. Но влияет гормон на работу органа только в случае, если клетки этого органа имеют рецепторы именно к этому гормону. Рецепторы сочетаются с гормонами, и это влечет за собой изменение активности клетки. Так, гормон инсулин, присоединяясь к рецепторам клетки печени, стимулирует проникновение в нее глюкозы и синтез гликогена из этого соединения.

Эндокринная система обеспечивает рост и развитие организма, отдельных его частей и органов с помощью гормонов. Она участвует в регуляции метаболизма и приспосабливает его к потребностям организма, постоянно меняются.

Нервная регуляция . В отличие от системы гуморальной регуляции, которая соответствует преимущественно на изменения во внутренней среде, нервная система реагирует на события, происходящие как внутри организма, так и за его пределами. С помощью нервной системы организм отвечает на любые воздействия очень быстро. Такие реакции на действие раздражителей называют рефлексами.

Иммунная регуляция обеспечивает иммунная система, задача которой состоит в создании иммунитета - способности организма противостоять действию внешних и внутренних врагов. Ими являются бактерии, вирусы , различные вещества, которые нарушают нормальную жизнедеятельность организма, а также его клетки, отмершие или переродившиеся. Главные боевые силы системы иммунной регуляции - определенные клетки крови и специальные вещества, содержащиеся в ней.

Организм человека - саморегулирующаяся система. Задачей саморегуляции является поддержка всех химических, физических и биологических показателей работы организма в определенных пределах. Так, температура тела здорового человека может колебаться в пределах 36-37 ° С, кровяное давление 115/75-125/90 мм рт. ст., концентрация глюкозы в крови - 3,8-6,1 ммоль / л. Состояние организма, при котором все параметры его функционирования остаются относительно постоянными, называют гомеостазом (греч. гомео - подобный, стасис - состояние). На поддержание гомеостаза и направлена ​​работа регуляторных систем организма, действующих в постоянной взаимосвязи.

Связь нервной, гуморальной и иммунной регуляторных систем

Жизнедеятельность организма регулируют, действуя согласованно, нервная, гуморальная и иммунная системы. Эти системы дополняют друг друга, образуя единый механизм нейрогуморально-иммунной регуляции.

Нейрогуморальные взаимодействия . Любая сложная действие организма на внешний раздражитель - это ли задачи в контрольной работе или встреча с незнакомой собакой во дворе своего дома - начинается с регуляторных влияний ЦНС.

Возбуждение ретикулярной формации приводит все структуры ЦНС в состояние готовности к действиям. Активация лимбической системы пробуждает определенную эмоцию - удивление, радость, тревогу или страх - в зависимости от того, как оценивается раздражитель. В то же время активируется гипоталамус и гипоталамо-гипофизарная система . Под их влиянием симпатическая нервная система изменяет режим работы внутренних органов, мозговое вещество надпочечников и щитовидные железы повышают секрецию гормонов. Усиливается выработка глюкозы печенью, растет уровень энергетического обмена в клетках. Происходит мобилизация внутренних ресурсов организма, необходимых для того, чтобы эффективно отреагировать на раздражитель, действующий на организм.

Деятельность нервной системы может подчиняться гуморальным воздействиям. В этом случае информация об изменениях в состоянии организма с помощью гуморальных факторов передается структурам нервной системы. Она, в свою очередь, стимулирует реакции, направленные на восстановление гомеостаза.

Каждый чувствовал голод и знает, как действует человек, когда хочет есть. Как возникает чувство голода, является проявлением пищевой мотивации? Центры голода и насыщения содержатся в гипоталамусе. При снижении концентрации глюкозы и повышение уровня инсулина нейроны, чувствительные к их содержанию в крови, активируются, и мы чувствуем, что проголодались. Информация от гипоталамуса поступает к коре больших полушарий. При ее участии формируется пищевое поведение, то есть комплекс действий, направленных на поиск и поглощения пищи.

Чувство насыщения возникает, когда уровень глюкозы и жирных кислот в крови повышается, а содержание инсулина снижается. Все эти сигналы активируют центр насыщения гипоталамуса, пищевая мотивация исчезает - пищевое поведение тормозится.

Приведем еще один пример взаимосвязи системы гуморальной и нервной регуляции. С началом полового созревания в организме увеличивается выработка половых гормонов. Половые гормоны влияют на структуры нервной системы. В гипоталамусе расположены центры, нейроны которых имеют связь с половым гормоном тестостероном и отвечают за половые рефлексы. Вследствие действия тестостерона у женщин, и у мужчин возникает половое влечение - одна из важнейших мотиваций человека, без которого реализация репродуктивной функции невозможна.

Нейроиммунные взаимодействия . Иммунная система, уничтожая чужеродных агентов и поврежденные клетки самого организма, тем самым регулирует состояние его внутренней среды. Между иммунной системой и нервной системой существует взаимосвязь.

У лимфоцитов, которые созревают в органах иммунной системы, имеются рецепторы к медиаторам симпатической и парасимпатической нервной системы. Следовательно, эти клетки способны воспринимать сигналы, поступающие из нервных центров, и реагировать на них. Гипоталамус получает гуморальные сигналы о проникновении антигена в организм и активирует вегетативную нервную систему. По симпатическим нейронам, иннервирующим лимфоидные ткани иммунной системы, проходят импульсы, происходит выброс медиатора норадреналина. Под его влиянием увеличивается количество Т-лимфоцитов, которые сдерживают активность В-лимфоцитов. Парасимпатические нейроны, возбуждаясь, выбрасывают медиатор ацетилхолин, который ускоряет созревание В-лимфоцитов. Итак, симпатическая нервная система способна подавлять иммунную реакцию, а парасимпатическая - стимулировать ее.

Домашнее задание

2. Подготовиться к контрольной работе «Нервная система».