Принцип регуляции физиологических функций

Физиология

 

В данной главе использованы главы из книг:

Кассиль Лев Наумович «Внутренняя среда организма»

Леках Виктор Аронович «Ключ к пониманию физиологии»

 

Реакции, протекающие в организме, можно рассматривать на макро и микроуровнях. Необходимо понимать взаимосвязь этих уровней и в то же время уметь четко разграничивать их.

На макроуровне мы говорим о физиологических реакциях, связанных с деятельностью соответствующих систем или органов как таковых. Например, сокращение мышцы, выделение слюны, выбрасывание крови сердцем, глотание, вдох и выдох, сужение и расширение сосудов, переваривание пищи и т. д. Однако следует помнить, что в основе любого физиологического процесса лежат химические и физические реакции, протекающие на уровне молекул и ионов. Это уже не макро-, а микроуровень.

 

 

Принцип целесообразности

 

Любая физиологическая реакция целесообразна. Это означает, что она направлена на достижение какого-то полезного для организма результата в данных условиях.

Принцип целесообразности является ведущим для выработки умения мыслить физиологически. Необходимо учиться, именно с этих позиций анализировать любую физиологическую реакцию. Необходимо понимать, что в организме не могут совершаться бесполезные для него процессы. Такие организмы не смогли бы выжить в процессе эволюции. Можно сказать, что живая природа за миллионы лет выстрадала целесообразность протекающих в организмах реакций.

 Не следует говорить «такая-то реакция возникает потому что это полезно для организма». Тогда польза превращается из результата в причину, что совершенно неверно. Правильный ответ должен звучать так: «Данная реакция возникает потому что работает такой-то механизм. Этот механизм образовался и закрепился в ходе эволюции, так как он оказался полезным для организма». Процессы, протекающие на микроуровне, важны лишь постольку, поскольку они обеспечивают реакции макроуровня. Именно по отношению к последним и следует говорить об их целесообразности. В отличие от животных человек является существом не только биологическим, но и социальным. Воздействие социальных факторов может маскировать и даже извращать целесообразность физиологических реакций.

Например, при столкновении двух животных у них происходит сильное возбуждение симпатической нервной системы, что способствует мобилизации ресурсов организма (учащение работы сердца и дыхания, повышение артериального давления, увеличение количества циркулирующей крови и т.д.). Все это физиологически целесообразно, так как подготавливает организм к последующей усиленной мышечной деятельности. Действительно, столкновение животных обычно заканчивается или дракой, или бегством и преследованием.

Человек же в аналогичных ситуациях, подчиняясь социальным требованиям, часто вынужден сдерживаться, подавлять бушующие в нем эмоции. В результате мобилизация ресурсов организма (целесообразная сама по себе) не получает соответствующей биологической реализации. Это может привести к нежелательным последствиям.

На организм могут воздействовать факторы, требующие противоположных реакций со стороны соответствующих систем. В этой противоречивой ситуации побеждает биологически более сильная система. Здесь опять-таки каждая система действует по своей физиологически целесообразной программе. Но в силу неудачного стечения обстоятельств отдаленный результат может оказаться неблагоприятным.

Например, при голодании организм может переходить на экономный путь расходования энергии, уменьшая неизбежно происходящий при этом распад собственных веществ. Это полезно. Но, если к голоданию присоединится воздействие холода, то включается более сильная система терморегуляции, требующая повысить выработку тепла. Начинается усиленный распад веществ (повышение теплопродукции), что само по себе целесообразно, но в условиях голодания может ухудшить состояние организма. Он срочно защищается от действия холода, но при этом ухудшается защита от более длительно действующего фактора – голодания.

Другой пример. При воздействии высокой температуры среды организму необходимо увеличить теплоотдачу, чтобы предотвратить перегревание. В связи с этим расширяются сосуды кожи. Однако резкое расширение большого количества сосудов приводит к падению артериального давления. В ответ происходит сужение сосудов мышц и внутренних органов, что позволяет удержать давление на нужном уровне. Если в этих условиях человек начнет интенсивно работать, то возникнет потребность в усилении кровоснабжения работающих мышц. Их сосуды расширяются, что само по себе опять-таки полезно. Но в данной ситуации расширение сосудов мышц приводит к повторному падению артериального давления, которое организм уже не в состоянии компенсировать. Возникает коллапс, потеря сознания.

Таким образом, мы должны уметь не только видеть целесообразность протекающих в организме реакций, но и понимать всю сложность их взаимодействия, особенно в тех случаях, когда организм попадает в условия, предъявляющие к нему противоречивые требования.

Внимание! Обязательно запомните следующее очень существенное замечание. В любой ситуации организм реагирует прежде всего на действие того фактора, который в данной ситуации является биологически наиболее важным, представляет наибольшую, первоочередную опасность. В этих условиях ответная реакция может в свою очередь вызвать новые сдвиги в организме, что также потребует компенсации и т.д. В результате возникает достаточно длинная цепочка, все звенья которой связаны между собой определенными физиологическими законами

 

Эволюционный принцип

 

Для понимания смысла многих физиологических реакций важно уметь рассматривать их с эволюционных позиций. Все эти реакции сложились в ходе эволюции, происходившей миллионы лет. В результате полезные физиологические механизмы закрепились генетически.

В тех случаях, когда трудно понять целесообразность той или иной реакции, нужно применить один из следующих двух подходов.               

А. Реакция сложилась в ходе эволюции, в условиях, когда она была биологически целесообразной и поэтому закрепилась генетически. Теперь же эта реакция может проявляться в ситуациях, где ее физиологический смысл неочевиден.

В. Если организм оказывается в искусственно созданных условиях, то принцип целесообразности может проявиться с результатами далеко не полезными.

 

Принцип регуляции физиологических функций

 

Физиологическая регуляция – это совокупность изменений, которые происходят в организме в ответ на воздействие факторов внешней и внутренней среды, осуществляются специальными механизмами и приводят к приспособительному, полезному для организма результату. Все процессы регуляции в конечном счете преследуют две цели: или удерживать выходные переменные (константы организма) на определенном уровне, или перевести их на другой, более выгодный в данных условиях уровень. Сохранение постоянства констант организма, поддержание функционирования систем организма в определенных пределах называется гомеостаз. Изменение уровня гомеостаза носит название гомеокинез. Обратите внимание на то, что гомеокинез – это не просто любое изменение, а переход от одного стабильного уровня гомеостаза к другому. Когда мы говорим о гомеостазе и гомеокинезе, следует иметь в виду, что константы гомеостаза могут быть жесткими и нежесткими (пластичными). Жесткие константы – это физико-химические показатели, которые в нормально функционирующем организме могут изменяться лишь в очень небольших пределах. Например, величина pH крови. Значительные сдвиги жестких констант опасны для жизни. Нежесткие константы – это физиологические показатели. В зависимости от условий, в которых находится организм, эти константы могут устанавливаться на более высоких или более низких уровнях в относительно широких пределах. Процессы гомеокинеза связаны прежде всего именно с такими переходами.

Какие же физиологические механизмы обеспечивают работу систем управления? Существуют два пути осуществления регуляторных процессов – нервный и гуморальный. Поэтому можно говорить о нервной и гуморальной регуляции. В процессе нервной регуляции управляющая информация передается при помощи импульсов возбуждения, которые распространяются по нервным волокнам к объектам управления. При гуморальной регуляции носителями информации являются молекулы тех или иных веществ, поступающие в кровь и через нее действующие на органы, являющиеся объектами управления. Нервную и гуморальную регуляцию нельзя рассматривать в отрыве друг от друга. Между ними существует взаимодействие. Например, нервные импульсы могут активировать эндокринные железы, выделяющие гормоны – важнейшие факторы гуморальной регуляции. В свою очередь гормоны могут влиять на состояние нервных клеток.

 

Принцип адаптивности

 

Адаптация – это приспособление живой системы к постоянно или достаточно чисто действующему фактору. В результате организм отвечает на воздействие этого фактора все менее значительными сдвигами и соответственно затрачивает при этом все меньше энергии. Адаптации могут быть как генетическими, возникшими в филогенезе и присущими всему виду, так и индивидуальными, которые появляются у данной отдельной особи в течение ее жизни. Способность к адаптации – универсальное свойство всего живого. Благодаря ему организмы могут существовать в самых разнообразных условиях при воздействии самых различных факторов. Более того, болезнь, как уже говорилось выше, тоже является формой приспособления к неблагоприятным для данного организма условиям. К сожалению, для многих врачей такая мысль представляется дикой. А между тем еще И. П. Павлов сказал «понимаемые в глубоком смысле физиология и медицина неотделимы». Нашему великому физиологу принадлежат и слова о том, что многие изменения, которые происходят в организме при какой-либо патологии, представляют собой «физиологическую меру против болезни». Поэтому врач, умеющий мыслить физиологически, способен видеть корни и сущность болезни гораздо лучше, чем тот, кто подходит к лечению чисто механически по принципу «раз у больного изменился какой-то показатель, нужно воздействовать на организм так, чтобы вернуть этот показатель к нормальным величинам». Понятие «нормализация» у таких врачей по сути своей антифизиологично.

 

Все процессы, происходящие в системах, из которых состоит организм, можно разбить на три группы – пластические, энергетические, информационные. Соответственно этому и связи, существующие между элементами системы, относятся к одной из этих трех групп.

Пластические процессы связаны с обменом веществ. Например, в клетку поступают аминокислоты, которые потом используются для синтеза белка. В теле клетки синтезируется медиатор, затем он транспортируется по аксону к нервным окончаниям и из них выделяется в синаптическую щель и т. п.

Энергетические процессы в организме заключаются в том, что богатые энергией питательные вещества в результате химических реакций преобразуются в продукты с более низким содержанием энергии. При этом освобождается часть энергии, которую организм использует для совершения различных видов работы и для синтеза необходимых ему веществ. Например, за счет окислительных процессов в сердечной мышце извлекается энергия, необходимая для сокращения миокарда. В свою очередь энергия сокращающегося миокарда передается крови, что позволяет ей течь по сосудам. За счет сил трения механическая энергия движущейся крови превращается в тепло, которое рассеивается в пространстве. Но в организме протекают и другие, не менее важные процессы, при которых указанная зависимость отсутствует. Это информационные процессы. Так, для того, чтобы мышца сократилась, в нее должны поступить импульсы возбуждения. Эти импульсы имеют электрическую природу и представляют собой потенциалы действия. Их возникновение и распространение по нерву требуют затрат энергии. Однако эти затраты неизмеримо меньше того количества энергии, которое расходуется при сокращении мышцы. Дело в том, что потенциалы действия доставляют в мышцу не энергию, а информацию. Это какие-то сведения, получив которые система изменяет свое состояние. Информация переносится при помощи сигналов. В нашем случае это потенциалы действия. Сигналы могут быть электрическими, звуковыми, световыми и т.д. Для переноса сигнала требуется очень малое количество энергии. Но зато сам по себе сигнал за счет заключенной в нем информации может привести, как мы видели, к освобождению больших количеств энергии, запасенной в системе.

 

Нервная система

 

Центральная нервная система

Центральная нервная система— основная часть нервной системы животных и человека, состоящая из нейронов, их отростков и вспомогательной глии; у беспозвоночных представлена системой тесно связанных между собой нервных узлов (ганглиев), у позвоночных животных (включая человека) — спинным и головным мозгом. Главная и специфическая функция ЦНС — осуществление простых и сложных рефлексов. У человека и других высших животных низшие и средние отделы ЦНС — спинной мозг, продолговатый мозг, средний мозг, промежуточный мозг и мозжечок — регулируют деятельность отдельных органов и систем высокоразвитого организма, осуществляют связь и взаимодействие между ними, обеспечивают единство организма и целостность его деятельности. Высший отдел ЦНС — кора больших полушарий головного мозга и ближайшие подкорковые образования — в основном регулирует связь и взаимоотношения организма как единого целого с окружающей средой.

 

Строение и функции

Центральная нервная система связана со всеми органами и тканями организма через периферическую нервную систему, включающую у позвоночных черепные нервы, отходящие от головного мозга, спинномозговые — от спинного мозга, межпозвонковые нервные узлы; периферические отделы. Вегетативная нервная система — нервные узлы с нервными волокнами, подходящих и отходящих к ним. В состав ЦНС входят клетки нейроглии, которые выполняют в ней опорную и защитную функцию, участвуют в обмене веществ (метаболизме) нервных клеток. Головной и спинной мозг окружены тремя мозговыми оболочками: твёрдой, паутинной и сосудистой. Головной мозг заключён в защитную капсулу — череп, а спинной — в позвоночник. Чувствительные (входящие сигналы-афферентные) нервы несут возбуждение в ЦНС от периферических рецепторов; по отводящим (исходящие сигналы- эфферентные) двигательным и вегетативным нервным волокнам возбуждение из ЦНС направляется к клеткам исполнительных рабочих аппаратов (мышцы, железы, сосуды и др.). Афферентные и эфферентные клетки своими отростками могут контактировать между собой и составлять двухнейронную рефлекторную дугу, осуществляющую элементарные рефлексы (например, сухожильные рефлексы спинного мозга). Но, как правило, в рефлекторной дуге между афферентными и эфферентными нейронами расположены вставочные нейроны. Связь между различными отделами ЦНС осуществляется также с помощью множества отростков афферентных, эфферентных и вставочных нейронов этих отделов, образующих внутрицентральные короткие и длинные проводящие пути.

Твёрдая мозговая оболочка— наружная, соединительнотканная, выстилает внутреннюю полость черепа и позвоночного канала. Паутинная расположена под твёрдой — это тонкая оболочка с небольшим количеством нервов и сосудов. Сосудистая оболочка сращена с мозгом, заходит в борозды и содержит много кровеносных сосудов.

Спинной мозг находится в позвоночном канале и имеет вид белого тяжа. По передней и задней поверхности спинного мозга расположены продольные борозды. В центре проходит спинномозговой канал, вокруг него сосредоточено серое вещество — скопление огромного количества нервных клеток, образующих контур бабочки.

Белое вещество спинного мозга образует проводящие пути, которые тянутся вдоль спинного мозга, соединяя как отдельные его сегменты друг с другом, так и спинной мозг с головным. Одни проводящие пути называются восходящими или чувствительными, передающими возбуждение в головной мозг, другие — нисходящими или двигательными, которые проводят импульсы от головного мозга к определённым сегментам спинного мозга. Они выполняют две функции — рефлекторную и проводниковую. Деятельность спинного мозга находится под контролем головного мозга, который регулирует спинномозговые рефлексы.

Головной мозг человека расположен в мозговом отделе черепа. Средняя его масса 1300—1400 г. Рост мозга продолжается до 20 лет. Состоит он из 5-ти отделов: переднего, промежуточного, среднего, заднего и продолговатого мозга. Внутри головного мозга находятся 4 сообщающиеся между собой полости — мозговые желудочки. Они заполнены спинномозговой жидкостью. Филогенетически более древняя часть — ствол головного мозга. Ствол включает продолговатый мозг, варолиев мост, средний и промежуточный мозг. 12 пар черепных нервов лежат в стволе мозга. Стволовая часть мозга прикрыта полушариями головного мозга.

Продолговатый мозг — продолжение спинного мозга и повторяет его строение; на передней и задней поверхности залегают борозды. Он состоит из белого вещества, где рассеяны скопления серого вещества — ядра, от которых берут начало черепные нервы — с 9 по 12-ю пару.

Задний мозг включает варолиев мост и мозжечок. Варолиев мост снизу ограничен продолговатым мозгом, сверху переходит в ножки мозга, боковые его отделы образуют средние ножки мозжечка. Мозжечок расположен сзади моста и продолговатого мозга. Поверхность его состоит из серого вещества (кора). Под корой — ядра.

Средний мозг расположен впереди варолиева моста, он представлен четверохолмием и ножками мозга.

Промежуточный мозг занимает самое высокое положение и лежит спереди ножек мозга. Состоит из зрительных бугров, надбугорной, подбугорной области и коленчатых тел. По периферии промежуточного мозга находится белое вещество. Передний мозг состоит из сильно развитых полушарий и соединяющей их срединной части. Борозды делят поверхность полушарий на доли; в каждом полушарии различают 4 доли: лобную, теменную, височную и затылочную.

***** "Деятельность организма в целом и работа всех его органов в огромной мере зависят от раздражений, поступающих из внешней среды и возникающих в нем самом. На некоторые раздражения организм отвечает мгновенными реакциями, другие оставляет без ответа. Громадное число раздражений не вызывает ответных реакций, потому что они либо слишком слабы, либо чересчур непродолжительны, чтобы вызвать возбуждение ткани, на которую действуют."(И.М.Сеченов)

 

***** Принцип доминанты Ухтомского

 

Если Вы укололи палец, то непроизвольно отдергиваете руку. Болевое ощущение раздражает окончание нервного волокна, сигнал по нервным каналам возбуждения поступает в мозг; оттуда сигнал идет в мышцу, вызывая ее рефлекторное сокращение. Все это происходит в сотые доли секунды, поэтому реакция нам представляется мгновенной.
Когда речь идет об одном изолированном сигнале, то все довольно просто. Но на нервную систему животного (и человека) обрушивается одновременно множество сигналов – из внешнего и из внутреннего мира. Свет, запахи, температура воздуха, прикосновения, гормоны и другие вещества, вырабатываемые внутренними органами, воздействуют на нервные рецепторы, и они шлют сигналы в мозг. Организм испытывает то голод, то половое влечение, переполненный мочевой пузырь дает сигнал к мочеиспусканию, переполненный кишечник – к дефекации, и так далее и тому подобное, перечислять можно долго. Если бы на каждый внешний и внутренний сигнал нервная система реагировала так же, как на укол иголки, то организм разнесло бы на куски. Чтобы этого не произошло, нервная система должна реагировать избирательно, селективно. Под воздействием наиболее сильных сигналов в мозгу создается относительно устойчивый очаг возбуждения, тогда как другие нервные центры тормозятся, на сигналы не реагируют, более того, они как бы пересылают получаемые сигналы в основной (доминирующий) очаг и усиливают его. Такое состояние довольно устойчиво, оно длится до тех пор, пока не происходит реализация функции, управляемой доминантным очагом возбуждения. Затем возбуждение угасает, появляется другой доминантный очаг, тогда как предыдущий уходит вглубь подсознания, но не исчезает бесследно, а как бы дремлет там, чтобы в подходящий момент снова выйти на сцену. Таков всеобщий физиологический закон функционирования нервной системы и контролируемого ею организма. Таков закон поведения животного и человека в среде обитания. Этот закон А. А. Ухтомский назвал законом, или принципом доминанты. Он формулировал просто:
«Под именем «доминанты» моими сотрудниками понимается более или менее устойчивый очаг повышенной возбудимости центров, чем бы он ни был вызван, причем вновь приходящие в центры возбуждения [сигналы] служат усилению (подтверждению) возбуждения в очаге, тогда как в прочей центральной нервной системе широко разлиты явления торможения»

 

Вегетативная нервная система

 

Центральный отдел ВНС

 

Этот отдел представлен эволюционно более древними структурами мозга, объединенными под названием гипоталамо-лимбико-ретикулярного комплекса.

Гипоталамус – главный подкорковый центр управления вегетативными функциями.

 

 

 

 

Симпатический отдел

 

Система Действия (эрготропная -греч. ergon действие + tropos направление)-способствует приспособлению организма к меняющимся условиям внешней среды (голоду, холоду), ускоряет обмен веществ, преобладают энергозатратные биохимические процессы(катаболизм), что обеспечивает активную физическую и психическую деятельность Эрготропная система обусловливает психическую активность, моторную готовность, вегетативную мобилизацию. Степень этой комплексной реакции зависит от важности, значимости новизны ситуации, с которой встретился организм. При этом широко используются аппараты сегментарной симпатической системы. Обеспечивается оптимальное кровообращение работающих мышц, повышается артериальное давление, увеличивается минутный объем, коронарные и легочные артерии расширяются, сокращаются селезенка и другие кровяные депо. В почках происходит мощное сужение сосудов(вазоконстрикция). Расширяются бронхи, увеличивается легочная вентиляция и газообмен в альвеолах. Подавляются перистальтика пищеварительного тракта и секреция пищеварительных соков. В печени мобилизуются гликогеновые ресурсы. Тормозятся дефекация и мочеотделение. Терморегуляционные системы защищают организм от перегревания. Повышается дееспособность поперечнополосатой мускулатуры. Расширяется зрачок, возрастает возбудимость рецепторов, обостряется внимание. Эрготропная перестройка имеет первую невральную фазу, которая усиливается вторичной гуморальной фазой, зависящей от уровня циркулирующего адреналина.

Парасимпатический отдел

Система Восстановления (трофотропная-греч. trophe питание + tropos поворот, направление)-способствует восстановлению организма, замедляет обмен веществ, преобладают энергонакопительные биохимические процессы(анаболизм), обеспечивает функции питания, способствует поддержанию гомеостатического равновесия. Трофотропная система связана с периодом отдыха, с системой пищеварения, некоторыми стадиями сна («медленный» сон) и мобилизует при своей активации в основном вагоинсулярный аппарат. Отмечаются замедление сердечного ритма, уменьшение силы систолы, удлинение диастолы, снижение артериального давления; Дыхание спокойное, несколько замедленное, бронхи слегка сужены; увеличиваются перистальтика кишечника и секреция пищеварительных соков; усиливается действие органов выделения: наблюдается торможение моторной соматической системы.

Центральная нервная система использует для организации правильного поведения определенные вегетативные системы — преимущественно, но не исключительно одну из них. Деятельность эрготропной и трофотропной систем взаимозсвязана и всегда протекает совместно, и можно отметить лишь преобладание одной из них, что в физиологических условиях точно соотнесено с конкретной ситуацией.

 

Медицина