Регуляция функций организма

Закономерности основных жизненных процессов

Способы регуляции функций организма. В организме клетки, ткани, органы и системы органов работают как единое целое. Их согласованная работа регулируется двумя способами: гуморальным (лат. гумор - жидкость) - с помощью химических веществ через жидкие среды организма (кровь, лимфу, межклеточную жидкость) и с помощью нервной системы.

Гуморальная регуляция функций. Химические вещества способны регулировать самые разнообразные процессы в клетках, тканях, органах и в организме в целом. Многие из этих веществ оказывают значительное физиологическое действие в очень малых концентрациях. Поэтому их называют биологически активными веществами. Биологически активные вещества вырабатываются многими клетками организма.

Часть этих веществ очень быстро разрушается, поэтому, выделяясь в межклеточную жидкость, может действовать только на соседние клетки. Действие других биологически активных веществ более продолжительное.

В организме имеются специальные органы - железы, вырабатывающие биологически активные вещества. Существует два типа желез. Одни из них имеют протоки, через которые вещества выделяются в полости тела, органов или на поверхность кожи. Их называют железами внешней секреции. Железами внешней секреции являются слезные, потовые, слюнные, железы желудка и др.

Железы, не имеющие специальных протоков и выделяющие вещества в протекающую через них кровь, называют железами внутренней секреции. К ним относятся гипофиз, щитовидная, вилочковая железы, надпочечники и другие железы.

Биологически активные вещества желез внутренней секреции называют гормонами. Гормоны разносятся кровью по всему организму и оказывают влияние на функции многих систем органов и на жизнедеятельность организма в целом. Гормоны регулируют процессы обмена веществ, роста и развития.

Некоторые гормоны влияют на функции преимущественно одной какой-либо системы органов. Такие органы называют органами-мишенями. Мембраны клеток органов-мишеней обладают повышенной чувствительностью к этим гормонам. Например, половые гормоны стимулируют рост и развитие системы органов размножения. Другие гормоны, например адреналин, который вырабатывается надпочечниками, одновременно изменяют функции многих органов. При повышении содержания адреналина в крови усиливается работа сердца, сужаются кровеносные сосуды, поднимается температура тела и уровень глюкозы в крови.

Работа всех желез внутренней секреции строго согласована. Повышенная или пониженная выработка гормона какой-либо одной железой стимулирует или угнетает функцию другой.

Часть желез выполняет одновременно внешнесекреторную и внутрисекреторную функции. К числу таких желез принадлежит поджелудочная, а также половые железы.

Таким образом, биологически активные вещества регулируют функции организма: усиливают - возбуждают или угнетают - тормозят их. Эти вещества управляют деятельностью клеток, тканей, органов, систем органов.

Нервная регуляция функций. Головной и спинной мозг связан нервами со всеми органами. Мозг регулирует работу органов с помощью электрических сигналов - нервных импульсов, передающихся по мембранам нервных клеток. Нервная система оказывает на организм такое же действие, как и биологически активные вещества, т.е. возбуждает или тормозит функции организма. Изменение функций организма определяется условиями внешней и внутренней среды. Мозг постоянно получает информацию об изменении условий. Между мозгом и всеми органами существуют двусторонние связи: от органов к мозгу и от мозга к органам. Благодаря двусторонним связям мозг обеспечивает соответствие работы органов потребностям организма.

Нервная и гуморальная регуляции осуществляют взаимосвязь и согласованную работу всех систем органов. Поэтому организм функционирует как единое целое.

Нервная система и биологически активные вещества обеспечивают постоянство внутренней среды и устойчивость всех функции организма. Это достигается путем саморегуляции. Саморегуляция заключается в том, что любое отклонение от нормального состава внутренней среды организма включает нервные и гуморальные процессы, возвращающие его к исходному уровню. Например, повышение уровня сахара (глюкозы) в крови включает механизмы нервной и гуморальной регуляции способствующие его снижению. Ослабление работы сердца и падение кровяного давления включают нервно-гуморальные механизмы, которые нормализуют сердечно-сосудистую деятельность т.е. усиливают работу сердца и повышают кровяное давление.

Саморегуляция функций происходит и на клеточном уровне. Например, если в клетке вырабатывается избыточное количество белка, то скорость его синтеза замедляется.

1. Организм и внешняя среда. Адаптация

Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней средой, и поэтому, как писал еще И. М. Сеченов, в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и механизмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма с окружающей средой. Непременным условием и проявлением такого единства является адаптация организма к данным условиям. Однако понятие адаптации имеет и более широкий смысл и значение.

Адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются на основе физиологических процессов, про исходящих на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Этим термином пользуются для характеристики широкого круга приспособительных процессов: от адаптивного синтеза белков в клетке и адаптации рецепторов к длительно действующему раздражителю до социальной адаптации человека и адаптации народов к определенным климатическим условиям. На уровне организма человека под адаптацией понимают его приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.

Организм человека адаптирован к адекватным условиям среды в результате длительной эволюции и онтогенеза, создания и совершенствования в ходе их адаптивных механизмов (адаптогенез) в ответ на выраженные и достаточно длительные изменения окружающей среды. К одним факторам внешней среды организм адаптирован полностью, к другим — частично, к третьим — не может адаптироваться из-за их крайней экстремальности. В этих условиях человек погибает без специальных средств жизнеобеспечения (на пример, в космосе без скафандра вне космического корабля). К менее жестким — субэкстремальным влияниям человек может адаптироваться, однако длительное нахождение человека в субэкстремальных условиях ведет к перенапряжению адаптационных механизмов, болезням, а иногда и смерти.

Различают многие виды адаптации. Физиологической адаптацией называют достижение устойчивого уровня активности организма и его частей, при котором возможна длительная активная деятельность организма, включая трудовую активность в измененных условиях существования (в том числе социальных) и способность воспроизведения здорового потомства. Физиология исследует формирование и механизмы индивидуальной адаптации.

Различные люди с разной скоростью и полнотой адаптируются к одним и тем же условиям среды. Скорость и полнота адаптации обусловлена состоянием здоровья, эмоциональной устойчивостью, физической тренированностью, типологическими особенностями, по лом, возрастом конкретного человека.

Адаптационные реакции также делят на общие, или неспецифи­ческие, происходящие под влиянием практически любого достаточно сильного или длительного стимула и сопровождающиеся однотип­ными сдвигами функций организма, систем и органов в ответ на различные по характеру воздействия, и частные, или специфиче­ские, проявляющиеся в зависимости от характера и свойств воздей­ствующего фактора или их комплекса.

Неспецифический ответ организма на любое интенсивное воздействие на него Г. Селье назвал стрессом (напряжение, давление), а вызывающий его фактор — стрессором. По Селье, общий адаптационный синдром как ответная реакция на стрессор включает в себя усиление деятельности гипоталамуса, гипофиза с увеличением продукции АКТГ, гипертрофию коры надпочечников, атрофию вилочковой железы, изъязвление слизистой оболочки желудка. В дальнейшем были доказаны участие в стрессорной реакции практически всего организма и ведущая роль в этом центральной нервной системы.

В общем адаптационном синдроме Г. Селье выделил три фазы изменения уровня сопротивления организма стрессору: 1) реакция тревоги, когда сопротивление снижалось; 2) фаза повышенного сопротивления; 3) фаза истощения механизмов сопротивления. В повседневной жизни встречаются все эти фазы реакций организма — ощущение трудности перенесения сложной ситуации, «втягивание» — привыкание к ней, затем ощущение невозможности дальнейшего нахождения в этой ситуации, острая потребность выхода из нее.

Предложены и другие классификации фаз адаптации организма человека, о которых будет сказано в соответствующих главах учебника.

Каждая реакция адаптации имеет некую «стоимость», т. е. цену адаптации, за которую «платит» организм затратой веществ, энергии, различных резервов, в том числе защитных. Истощение этих резервов приводит к фазе дизадаптации, для которой характерны состояние сдвигов гомеостаза, мобилизация вспомогательных физиологических систем, неэкономная трата энергии.

Если организм возвращается к исходным условиям, то он постепенно утрачивает приобретенную адаптацию, т. е. реадаптируется к исходным условиям. Повторная адаптация возможна. Если организм вновь окажется в неких условиях, к которым он был адаптирован. При этом в одних случаях способность к повторной адаптации может быть повышена, в других — понижена в зависимости от истощенности или тренированности механизмов адаптации. Тренировка механизмов адаптации благоприятна для мобильности и стой кости адаптации. Готовность к адаптации и ее эффективность динамичны и зависят от многих факторов, в числе которых состояние здоровья, рациональное питание, режим сна и бодрствования, труда и отдыха, физическая активность и тренировка, закаливание, адаптирующие лекарственные средства (адаптогены), воздействие гипоксии.

Состояние стресса может быть тем фоном, на котором на организм действуют иные раздражители. Такая ситуация является типичной для повседневной жизни. Реакция на такой добавочный раздражитель может усилиться, что рассматривают как перекрестную сенсибилизацию, а может быть ослаблена — это обозначают как перекрестная резистентность.

Добавочный раздражитель сам по себе влияет на выраженность стрессорной реакции. Так, отрицательные эффекты распространенного в нашей жизни эмоционального стресса ослабляются или снимаются интенсивной физической нагрузкой, любимым занятием, философией оптимизма и многими другими приемами.

Описанные фазы неспецифической адаптации характеризуют активность адаптационных реакций, которые должны быть дополнены еще и адаптивным поведением, целью которых является ускорение адаптации и уменьшение отрицательных влияний адаптогенных факторов.

Существует и пассивная форма адаптации по принципу «экономизации активности», которая проявляется в гипореактивности или ареактивности. Ее выражением может быть такое общее состояние организма, как сон. Физиологический сон выступает в роли экономизирующего энергетические затраты фактора, «охранительное» его значение отмечал И.П.Павлов. Известно лечебное применение раз личных видов сна.

Ареактивность может быть результатом снижения реактивности рецепторов (адаптация рецепторов), торможения центральной части рефлекторной дуги. В механизме адаптации может принять участие и эффекторный компонент, когда с помощью различных механизмов снижается интенсивность или исключаются реакции эффекторов — органов-исполнителей.

Объективное определение адаптированности или неадаптированности человека к субэкстремальным условиям вызывает значительные затруднения. Тем не менее, об адаптированности организма человека к новым условиям свидетельствуют восстановление полноценной физической и умственной работоспособности; сохранение общей резистентности в ответ на действие дополнительного возмущающего фактора, его переносимость в субэкстремальных условиях; достаточно совершенная адаптированность к временным факторам; нормальный иммунный статус организма человека; воспроизведение здорового потомства; устойчивый (без дрейфа) уровень активности реакций и взаимодействия функциональных систем.

В субэкстремальных условиях у человека проявляются не только неспецифические, но и специфические, частные, общие реакции, направленные на адаптацию организма к конкретным условиям внешней среды. В одних случаях эти условия созданы искусственно, например специфические условия производства, в других случаях это естественные условия, например климатические.

В развитии большинства адаптации прослеживается два этапа: начальный — «срочная» адаптация, и последующий — «долговременная» адаптация. «Срочная» адаптационная реакция развивается сразу с началом действия стрессора на основе готовых физиологических механизмов. Например, увеличение теплопродукции в ответ на холодовое воздействие или повышение легочной вентиляции при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и т. д. «Срочная» адаптация мобилизует функциональные резервы и часто в неполной мере обеспечивает адаптационный эффект.

«Долговременная» адаптационная реакция развивается посте пенно в результате длительного или многократного действия на организм факторов внешней среды. Эта адаптация происходит на основе многократной «срочной» адаптации. В итоге накопления структурных и функциональных изменений организм приобретает новое качество — из неадаптированного превращается в адаптированный. Именно переход от «срочной» адаптации к «долговременной» делает возможной стабильную жизнь организма в новых условиях.

Адаптации значительно отличаются у разных людей скоростью и выраженностью в зависимости от индивидуальных особенностей каждого человека.

На основании результатов исследования адаптации лиц, переселяющихся в район Сибири и Крайнего Севера, выявлены следующие конституционные типы (по В. П. Казначееву): «спринтеры», «стай еры» и «миксты» (смешанный тип).

Организм «спринтера» способен осуществлять мощные физиологические реакции с высокой степенью надежности в ответ на действие значительных, но кратковременных факторов внешней среды. Высокий уровень надежности физиологических реакций может поддерживаться лишь относительно короткий срок. «Спринтеры» мало приспособлены к выдерживанию длительных и менее интенсивных нагрузок.

«Стайер» менее приспособлен к переносимости мощных кратко временных нагрузок. Однако после кратковременной перестройки его организм способен выдерживать продолжительные равномерные воздействия факторов внешней среды. Промежуточные варианты конституционных типов названы «микстами».

«Спринтеры» и «стайеры» различаются по ряду конституциональных, физиологических и биохимических показателей, а также заболеваемостью. В целом цикл адаптивной перестройки в новой экологической и климатической зоне с субэкстремальными условиями у людей длится 2—3 года. Это относительно короткий срок — у других биологических видов эквивалентные перестройки требуют смены нескольких поколений.

Вопросы адаптации человека к условиям гипоксии, различной по напряженности физической активности, временной, психосоциальной и других видов адаптации изложены в соответствующих главах учебника.

Физиология целостного организма   Развитие науки обусловлено успехами применяемых методов. Павловский метод хронического эксперимента создавал принципиально новую науку — физиологию целостного организма, синтетическую физиологию, которая смогла выявить влияние внешней среды на физиологические процессы, обнаружить изменения функций раз личных органов и систем для обеспечения жизни организма в раз личных условиях. С появлением современных технических средств исследования процессов жизнедеятельности появилась возможность изучения без предварительных хирургических операций функций многих внутренних органов не только у животных, но и у человека. «Физиологическая хирургия» как методический прием в ряде разделов физиологии оказалась вытесненной современными методами бес кровного эксперимента. Но дело не в том или ином конкретном техническом приеме, а в методологии физиологического мышления. И. П. Павлов создал новую методологию, благодаря чему физиология стала развиваться как синтетическая наука, и ей органически стал присущ системный подход. Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внеш­ней средой и поэтому, как писал еще И. М. Сеченов, в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и меха­низмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма и окружающей среды. Физиология и кибернетика. Кибернетика (от греч. kybernetike — искусство управления) — наука об управлении автоматизирован­ными процессами. Процессы управления, как известно, осуществ­ляются путем сигналов, несущих определенную информацию. В ор­ганизме такими сигналами являются нервные импульсы, имеющие электрическую природу, а также различные химические вещества. Кибернетика изучает процессы восприятия, кодирования, переработки, хранения и воспроизведения информации. В организме для этих целей существуют специальные структуры и системы (рецепторы, нервные волокна, нервные клетки и т.д.). Технические кибернетические устройства позволили создать модели, воспроизводящие некоторые функции нервной системы. Однако работа мозга в целом такому моделированию еще не поддается, и необходимы дальнейшие исследования. Союз кибернетики и физиологии возник всего лишь четыре десятилетия назад, но за это время математический и технический арсенал современной кибернетики обеспечил значительные успехи изучения и моделирования физиологических процессов. Математика и компьютерная техника в физиологии. Одновременная (синхронная) регистрация физиологических процессов позволяет изучать взаимодействие различных явлений. Для этого не обходимы точные математические методы, использование которых также знаменовало новую важную ступень в развитии физиологии. Математизация исследований позволяет использовать в физиологии компьютерную технику, что не только увеличивает скорость обработки информации, но и дает возможность производить такую об работку непосредственно в момент эксперимента, позволяет менять ход и задачи самого исследования в соответствии с получаемыми результатами. Таким образом, как бы завершился виток спирали в развитии физиологии. На заре возникновения этой науки исследование, анализ и оценка результатов производились экспериментатором одно временно в процессе наблюдения, непосредственно во время самого эксперимента. Графическая регистрация позволила разделить эти процессы во времени и обрабатывать и анализировать результаты после окончания эксперимента. Радиоэлектроника и кибернетика сделали возможным вновь соединить анализ и обработку результатов с проведением самого опыта, но на принципиально иной основе: одновременно исследуется взаимодействие множества различных физиологических процессов, и количественно анализируются результаты такого взаимодействия. Это позволило производить так называемый управляемый автоматический эксперимент, в котором компьютер помогает исследователю не просто анализировать результаты, но и менять ход опыта и постановку задач, равно как и типы воздействия на организм, в зависимости от характера реакций организма, возникающих непосредственно в ходе опыта. Физика, математика, кибернетика и другие точные науки перевооружили физиологию и представили врачу могучий арсенал современных технических средств для точной оценки функционального состояния организма и для воздействия на организм. Математическое моделирование в физиологии. Знание физиологических закономерностей, количественных характеристик раз личных физиологических процессов, взаимоотношений между ними позволило создать их математические модели. С помощью таких моделей физиологические процессы воспроизводят на компьютерах, исследуя различные варианты реакций, т. е. возможных будущих их изменений при тех или иных воздействиях на организм (лекарственные вещества, физические факторы или экстремальные условия окружающей среды). В настоящее время союз физиологии и кибернетики оказался полезным при проведении сложных хирургических операций, в чрезвычайных условиях, требующих точной оценки, как текущего состояния важнейших физиологических процессов организма, так и предвидения возможных их изменений. Такой подход позволяет значительно повысить надежность «человеческого фактора» в трудных и ответственных звеньях современного производства. Объективное изучение высшей нервной деятельности. На протяжении тысячелетий было принято считать, что поведение человека определяется влиянием некой нематериальной сущности («души»), познать которую физиолог не в силах. Физиология XX века имеет существенные успехи не только в области раскрытия механизмов процессов жизнедеятельности и управления этими процессами, но осуществила прорыв в самую сложную и таинственную область — в область психических явлений. Физиологическая основа психики — высшая нервная деятельность человека и животных, стала одним из важных объектов физиологического исследования. И. М. Сеченов был первым из физиологов мира, который рискнул представить поведение на основе принципа рефлекса, т. е. на основе известных в физиологии механизмов нервной деятельности. В своей знаменитой книге «Рефлексы головного мозга» он показал, что сколь бы сложными ни казались нам внешние проявления психической деятельности человека, они рано или поздно сводятся лишь к од ному — мышечному движению. «Улыбается ли ребенок при виде новой игрушки, смеется ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге, дрожит ли девушка при мысли о первом свидании, всегда конечным итогом мысли является одно — мышечное движение», — писал И. М. Сеченов. Сеченовская попытка обосновать механизмы мозговой деятельности была чисто теоретической. Необходим был следующий шаг — экспериментальные исследования физиологических механизмов, лежащих в основе психической деятельности и поведенческих реакций. И этот шаг был сделан И. П. Павловым. То, что именно И. П. Павлов, а не кто-нибудь другой стал наследником идей И. М. Сеченова и первым проник в основные тайны работы высших отделов мозга, не случайно. К этому привела логика проводимых им экспериментальных физиологических исследований. Изучая процессы жизнедеятельности организма в условиях естественного поведения животного, И. П. Павлов обратил внимание на важную роль психических факторов, влияющих на все физиологические процессы. От наблюдательности И. П. Павлова не ускользнул тот факт, что слюна, желудочный сок и другие пищеварительные соки начинают выделяться у животного не только в момент еды, а задолго до еды, при виде еды, звуке шагов служителя, который обычно кормит животное. И. П. Павлов обратил внимание на то, что аппетит, страстное желание еды является столь же мощным сокоотделительным агентом, как и сама еда. Аппетит, желание, настроение, переживания, чувства — все это психические явления. Они до И. П. Павлова физиологами не изучались. И. П. Павлов же увидел, что физиолог не вправе игнорировать эти явления, так как они властно вмешиваются в течение физиологических процессов, меняя их характер. Поэтому физиолог обязан был их изучать. Но как? До И. П. Павлова эти явления рассматривались наукой, которая называется зоопсихологией. Обратившись к этой науке, И. П. Павлов должен был отойти от твердой «почвы» физиологических фактов и войти в область гаданий относительно кажущегося психического состояния животных. Для объяснения поведения человека правомерны методы, используемые в психологии, ибо человек всегда может сообщить о своих чувствах, настроениях, переживаниях и т. д. Зоопсихологи слепо переносили на животных данные, полученные при обследовании человека, и также говорили о «чувствах», «настроениях», «переживаниях», «желаниях» и т. д. у животного, не имея возможности проверить, так это или нет на самом деле. Впервые в павловских лабораториях по поводу механизмов одних и тех же фактов возникало столько мнений, сколько наблюдателей видело эти факты. Каждый из наблюдателей трактовал факты по-своему, и не было возможности проверить правильность любой из трактовок. И. П. Павлов понял, что подобные трактовки бессмысленны и поэтому сделал решительный, поистине революционный, шаг. Не пытаясь гадать о тех или иных внутренних психических состояниях животного, он начал изучать поведение животного объективно, сопоставляя те или иные воздействия на организм с ответными реакциями организма. Этот объективный метод позволил выявить законы, лежащие в основе поведенческих реакций организма. Метод объективного изучения поведенческих реакций создал новую науку — физиологию высшей нервной деятельности с ее точным знанием процессов, происходящих в нервной системе при тех или иных воздействиях внешней среды. Эта наука много дала для понимания сущности механизмов психической деятельности человека. Созданная И. П. Павловым физиология высшей нервной деятельности стала естественно-научной основой психологии. Она имеет важнейшее значение в философии, медицине, педагогике и во всех науках, которые так или иначе сталкиваются с необходимостью изучать внутренний (духовный) мир человека. Учение И. П. Павлова о высшей нервной деятельности имеет огромное практическое значение.