Глава 2.

ОБЩИЙ ПРИНЦИП РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИЙ В ОРГАНИЗМЕ

Организм человека представляет собой сложноорганизованную систему многочисленных и тесно взаимосвязанных элементов, объединенных в несколько структурных уровней (уровней организации). Все живые тела, в том числе и организм человека, состоят из отдельных молекул, т.е. имеют молекулярный уровень организации. Молекулы организуются в клетки (клеточный уровень организации), клетки образуют ткани (тканевой уровень организации). Из тканей образуются органы (о́рганный уровень организации), представляющие собой анатомически обособленные части тела, имеющие четкую структуру, форму, занимающие определенное место в организме и выполняющие определенные функции. Органы, выполняющие общие физиологические функции, объединяются в систему органов (системный уровень организации). У человека обычно выделяют следующие системы органов: опорно-двигательную, сердечно-сосудистую, дыхательную, пищеварительную, выделительную, половую, нервную и эндокринную. Последние две системы являются регуляторными, обеспечивая согласованную работу всех органов и систем. Нервная система осуществляет регуляцию с помощью электрохимических сигналов (нервных импульсов). Эндокринная система действует с помощью биологически активных веществ — гормонов, которые поступают в кровь и достигнув органов — мишеней, изменяют их работу. Нервная и эндокринная система работают вместе и дополняют одна другую.

Чтобы организм работал нормально при любом режиме работы и в любых условиях, необходимо скоординировать работу множества органов, принадлежащих к различным системам органов. Например, при выполнении утренней зарядки в интенсивную работу включаются не только скелетные мышцы, но и сердце, сосуды, легкие. Согласованная работа многих органов достигается тем, что нервная и эндокринная системы мобилизуют все органы и системы, необходимые для выполнения данной работы. Такое объединение называют функциональной системой — функциональный уровень организации организма. Эта функциональная система существует только на время выполнения определенной функции или работы. Как только работа заканчивается, достигается определенный результат или изменяются условия, функциональная система распадается и формируется новая. Отличительной особенностью функциональной системы является ее способность к саморегуляции и высокая изменчивость в процессе достижения полезного результата.

На каждом из указанных уровней организации организма действуют свои специфические законы, которые обеспечивают нормальное функционирование организма как единого целого, его приспособление к окружающей среде и выживание.

2.1. Формирование механизмов регуляции

Для нормального функционирования многоклеточного организма необходимо постоянство состава его внутренней среды (крови, лимфы, тканевой и цереброспинальной жидкости, принимающих участие в процессах обмена веществ). Относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость

27

Глава 2. Общий принцип регуляции функций в организме

основных физиологических функций (кровообращения, дыхания и т.д.) организма называется гомеостазом. Гомеостаз характеризуется рядом биологических констант. Под биологическими константами понимают устойчивые количественные показатели, которые характеризуют нормальную жизнедеятельность организма. К биологическим константам относят кислотность крови, содержание глюкозы и питательных веществ в крови, величину осмотического и артериального давления, температуру тела и т.д.

От состава и свойств внутренней среды организма зависит возбудимость тканей и органов, их чувствительность к раздражителям. Состав внутренней среды организма влияет на трофику (питание) клеток, тканей и органов. Таким образом, внутренняя среда организма определяет все жизненные проявления организма.

Постоянство состава и свойств внутренней среды организма является не абсолютным, а относительным, поскольку в процессе жизнедеятельности создаются условия для ее изменения. Имеются специальные механизмы, которые обеспечивают саморегуляцию состава и свойств внутренней среды, т.е. поддерживают гомеостаз. Это достигается непрерывно происходящей работой ряда органов и систем. Взаимосвязанная согласованная работа всех органов и физиологических систем обеспечивается нервными и гуморальными механизмами регуляции.

В процессе эволюционного развития животного мира первыми сформировались гуморальные (жидкостные) механизмы регуляции. Гуморальная, жидкостная, химическая регуляция функций осуществляется за счет продуктов обмена, медиаторов, гормонов и других активных веществ. Этот вид регуляции является наиболее универсальным, по принципу «всем, всем, всем» (по выражению А. А. Ухтомского). Следовательно, существенным недостатком гуморальной регуляции является ее «безадресность». Многие биологически активные вещества разносятся в различные части организма и меняют деятельность многих органов — независимо от того, «выгодно» это в данный момент организму или нет. Кроме того, за счет гуморальной регуляции невозможна быстрая перестройка деятельности организма, поскольку этот вид регуляции ограничен скоростью движения жидкости, в частности крови по сосудам (0,5–500 мм/с). Для более целесообразной реакции организма в дополнение к гуморальной регуляции в процессе эволюции сформировалась нервная система, обеспечивающая наиболее адекватные и быстрые реакции на любые внешние раздражители. С появлением у живых организмов нервной системы возник нервный механизм регуляции функций, который обеспечивает быструю перестройку функций органов, систем и организма в целом в соответствии с условиями существования. Так, скорость распространения нервных импульсов может достигать в зависимости от вида нервных волокон от 3 до 180 м/с.

Нервная регуляция не исключает, а подчиняет себе гуморальную регуляцию. Эти два вида регуляции функций тесно взаимосвязаны, образуя в целостном организме единую нейрогуморальную регуляцию. Существует множество биологически активных веществ, способных оказывать влияние на жизнедеятельность нервных клеток и функции нервной системы, и в то же время синтез и выделение этих веществ регулируется нервной системой.

Следовательно, нейрогуморальная регуляция, с одной стороны, объединяет (интегрирует) все функции организма, благодаря чему он функционирует как единое целое, а с другой — обеспечивает способность к саморегуляции жизнедеятельности.

28

2.2. Общий план строения нервной системы

Именно саморегуляция функций обеспечивает поддержание в организме гомеостаза. Без саморегуляции невозможна стабильность жизненных процессов и в целом существование организма.

Из двух взаимосвязанных видов регуляции, все-таки, ведущей является нервная регуляция, которая обеспечивается работой нервной системой. Нервная система, осуществляя быструю и точную передачу информации ко всем органам и системам, обеспечивает функционирование организма как единого целого и его взаимодействие с внешней средой.

С помощью нервной системы осуществляется прием и анализ разнообразных сигналов из окружающей среды и внутренних органов, формируются ответные реакции на эти сигналы. С деятельностью высших отделов нервной системы связано осуществление психических функций — осознание сигналов окружающего мира, их запоминание, принятие решения и организация целенаправленного поведения, абстрактное мышление и речь.

2.2. Общий план строения нервной системы

Нервная система в функциональном и структурном отношении делится на центральную и периферическую нервную системы.

Центральная нервная система (ЦНС) — это совокупность нервных образований спинного и головного мозга, обеспечивающих восприятие, обработку, передачу, хранение и воспроизведение информации с целью адекватного взаимодействия организма и изменений окружающей среды, организации оптимального функционирования органов, их систем и организма в целом.

Центральная нервная система человека представлена спинным и головным мозгом. Последний включает в себя продолговатый мозг, Варолиев мост, средний мозг, промежуточный мозг, мозжечок и большие полушария. Каждая из этих структур имеет морфологическую и функциональную специфику. Наряду с этим у всех структур нервной системы есть ряд общих свойств и функций, к которым относятся:

•нейронное строение;

•электрическая или химическая синаптическая связь между нейронами;

•образование локальных сетей из нейронов, реализующих специфическую функцию;

•множественность прямых и обратных связей между структурами;

•способность нейронов всех структур к восприятию, обработке, передаче и хранению информации;

•преобладание числа входов для ввода информации над числом выхода информации;

•способность к параллельной обработке разной информации;

•способность к саморегуляции;

•функционирование на основе рефлекторного доминантного принципа. Периферическая часть нервной системы состоит из нервов, т.е. пучков нервных

волокон, которые выходят за пределы головного и спинного мозга и направляются к различным органам тела. К ней относятся и нервные узлы, или ганглии, — скопления нервных клеток вне спинного и головного мозга, а также разнообразные рецепторы, расположенные как на поверхности тела, так и внутри организма.

29

Глава 2. Общий принцип регуляции функций в организме

В зависимости от иннервации органов различают вегетативный и соматический отделы нервной системы. Первый осуществляет регуляцию деятельности внутренних органов и обмена веществ, приспосабливая органы к текущим потребностям организма. Большинство внутренних органов обладают двойной иннервацией: к каждому из них подходят два нерва — симпатический и парасимпатический. Так, симпатический нерв ускоряет и усиливает работу сердца, а парасимпатический (блуждающий) тормозит; парасимпатический нерв вызывает сокращение кольцевой мускулатуры радужной оболочки глаза и в связи с этим сужение зрачка, а симпатический нерв вызывает расширение зрачка.

Симпатическая часть вегетативной нервной системы способствует интенсивной деятельности организма, особенно в экстренных условиях, когда нужно напряжение всех его сил. Парасимпатическая часть вегетативной нервной системы — система «отбоя», она способствует восстановлению истраченных организмом ресурсов.

Раздражение симпатических нервов утомленной скелетной мышцы восстанавливает ее работоспособность. Все это дало основание говорить об адаптационнотрофической функции симпатической нервной системы. Рефлекторные реакции поддержания кровяного давления на относительно постоянном уровне, теплорегуляция, изменение частоты и силы сердечных сокращений при мышечной работе и многие другие процессы связаны с деятельностью вегетативной нервной системы.

Все отделы вегетативной нервной системы подчинены высшим вегетативным центрам, расположенным в промежуточном мозге. К центрам вегетативной нервной системы приходят импульсы от ретикулярной формации ствола мозга, мозжечка, гипоталамуса, подкорковых ядер и коры больших полушарий.

Соматическая нервная система регулирует сокращения поперечнополосатой мускулатуры и в конечном итоге — движения, а также обеспечивает чувствительность нашего тела.

Выделение вышеназванных отделов в нервной системе условно. В действительности она представляет собой анатомически и функционально единое целое, элементарной основой которого являются нервные клетки — нейроны.

2.3. Рефлекс как основная форма деятельности нервной системы

Строение нервной системы и совокупность процессов, происходящих в ней, позволяют ей выполнять регулирующие и управляющие функции, которые обеспечивают:

1)быстрое координирование функций организма;

2)согласование состояния организма с различными условиями окружающей

среды;

3)объединение отдельных органов и систем организма в единое целое. Аппарат управления у человека представлен рефлекторным механизмом, кото-

рый проявляется во всех отделах нервной системы и является основной формой деятельности ЦНС. Первые представления о рефлекторном принципе деятельности нервной системы, т.е. о принципе «отражения», и само понятие «рефлекс» были введены Р. Декартом в XVII в., но в силу недостаточности научных сведений о строении и функции нервной системы его представления о механизме рефлекса были умозрительны и механистичны.

30

Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по анатомии человека сайта https://meduniver.com/

2.3. Рефлекс как основная форма деятельности нервной системы

В настоящее время рефлексом называется всякая реакция организма, возникающая при действии раздражителя из

внешней или внутренней среды и осуществляемая при обязательном участии ЦНС. Рефлекс обеспечивает тонкую регуляцию взаимоотношений организма с внешней средой, контроль функций внутри организма, является функциональной единицей нервной деятельности.

В основе любого рефлекса лежит последовательное распространение волны

возбуждения по элементам нервной системы, образующей так называемую рефлекторную дугу (рис. 2.1).

Любое внешнее раздражение воспринимается рецептором, в котором возникает возбуждение, передающееся по афферентному (центростремительному)

волокну к чувствительной нервной клетке. От нее по аксону — в ЦНС к вставочным

нейронам, в которых происходят сложные процессы переработки поступившей информации. После этого возбуждение передается на двигательные нервные клетки и по их аксону (эфферентному, центробежному волокну) пойдет к мышцам, железам, вызывая определенное действие (движение, секрецию и др.).

Согласно теории И. П. Павлова, рефлекторная дуга любого рефлекса состоит из трех частей: анализаторной, контактной и исполнительной. Анализаторная часть включает в себя рецептор, афферентное волокно и чувствительную нервную клетку. Функция рецептора заключается в том, чтобы воспринимать раздражение и перерабатывать (трансформировать) его в нервный импульс.

Рецепторы специфичны: они приспособлены к восприятию определенного раздражителя. Раздражитель — это фактор, обладающий некоторым количеством энергии, который, будучи приложен к ткани, способен вызвать ее возбуждение. Так, действие химической энергии воспринимают хеморецепторы, тепловой — терморецепторы, механической — механорецепторы, электромагнитные колебания с определенной длиной волны (свет) — фоторецепторы и т.д. По отношению к рецепторам все раздражители разделятся на адекватные и неадекватные. Адекватным для данного вида рецепторов является раздражитель, к восприятию которого они приспособлены. Пороговая интенсивность адекватного раздражителя намного ниже, чем неадекватного.

В зависимости от расположения рецепторов их можно разделить на две группы: экстеро- и интерорецепторы. Первые возбуждаются различными факторами внешней среды, вторые чувствительны к колебаниям параметров внутренней среды. И, наконец, существуют так называемые проприорецепторы (собственные рецепторы), воспринимающие изменения состояния мышц, связок и сухожилий.

31

Глава 2. Общий принцип регуляции функций в организме

Рис. 2.2. Кибернетическая схема рефлекторной дуги (кольца)

Контактная часть рефлекторной дуги представлена вставочными нейронами спинного или головного мозга.

Впростейшем случае рефлекторная дуга включает только два нейрона, и импульсы передаются с афферентного на эфферентное нервное волокно. Чаще возбуждение

вЦНС проходит через ряд вставочных нейронов. Чем сложнее рефлекс, тем больше ассоциативных клеток входит в состав контактной части рефлекторной дуги.

Исполнительное звено рефлекторной дуги состоит из эффекторного нейрона и исполнительного органа, или эффектора. К таким органам относятся мышцы и железы. Эффекторы характеризуются тем, что при возбуждении выполняют специфическую работу, которую можно измерить: мышцы сокращаются, железы выделяют секрет.

Внастоящее время с позиций кибернетики рефлекторную дугу можно представить в виде четырех блоков (рис. 2.2).

I блок — периферический (воспринимающий), содержит рецепторы. Выполняет две основные функции:

• восприятие адекватного раздражителя, т.е. первичный анализ раздражителя;

• переработка (трансформация) энергии раздражителя в энергию нервного импульса.

II блок — проводниковый (афферентный), содержит афферентную нервную клетку и афферентное нервное волокно. Выполняет две функции:

• проведение нервного импульса от рецепторов в ЦНС;

• осуществление вторичного анализа раздражителя.

III блок — центральный, представлен контактными нервными клетками спинного и головного мозга. Его функции:

• окончательный анализ раздражителя;

• синтез и принятие решения.

От центрального блока информация по эфферентному нервному волокну поступает к IV блоку.

IV блок — эфферентный, представлен нервными волокнами эфферентных нервных клеток, расположенных в ЦНС или вегетативных узлах. Его функция — передача информация от центрального блока к V блоку.

V блок — исполнительный, представлен эффектором или рабочим органом. Его основная функция — выполнение какой-либо работы. Если это мышца — она будет сокращаться, если железа — выделять секрет.

Однако деятельностью исполнительного органа не заканчивается рефлекторный акт. Каждый эффектор имеет свои чувствительные приборы (рецепторы), которые,

всвою очередь, сигнализируют в ЦНС об осуществленной ими работе. Информация от рецепторов, возбуждением которых вызван рефлекс, сравнивается с потоком импульсов, идущих от рецепторов исполнительного органа. Благодаря такому сопо-

32

Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по анатомии человека сайта https://meduniver.com/

2.3. Рефлекс как основная форма деятельности нервной системы

ставлению уточняется ответная реакция организма. Связь чувствительных приборов рабочего органа с ЦНС называется «обратной связью». Поэтому правильнее говорить не о рефлекторной дуге, а о рефлекторном кольце.

По характеру ответных реакций различают рефлексы секреторные, трофические и двигательные. По сложности рефлексы делятся на простые и сложные. Сужение зрачка на сильный свет, удар по сухожилию — простые рефлексы; регуляция дыхания, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем — сложные.

В зависимости от того, какой отдел центральной нервной системы участвует в рефлекторной деятельности, различают: кортикальные (нейроны коры больших полушарий), мезенцефальные (нейроны среднего мозга), бульбарные (нейроны продолговатого мозга) и спинальные (нейроны спинного мозга) рефлексы.

По механизму все рефлексы делятся на безусловные и условные.

Безусловные рефлексы — врожденные, унаследованные, постоянно передаваемые реакции, присущие данному представителю животного мира. Основными безусловными рефлексами являются — сосательный, пищевые, защитные, половые. Они возникают при действии внешних и внутренних раздражителей, влияют на регуляцию вегетативных функций организма человека и приспособленность его к внешней среде.

Условные рефлексы — индивидуальные приспособительные реакции организма, медленно формирующиеся под многократным воздействием раздражителей. Образованию условных рефлексов должно предшествовать действие инертного раздражителя, а также подкрепление его безусловным рефлексом при неоднократном повторении. Кроме того, для образования условных рефлексов необходимо нормальное деятельное состояние больших полушарий головного мозга, отсутствие патологических процессов и посторонних раздражителей.

Как установил И. П. Павлов, любой рефлекторный акт, независимо от его сложности, подчиняется трем универсальным принципам рефлекторной деятельности. Согласно первому из них — принципу детерминизма, или причинной обусловленности, — рефлекторный акт может осуществляться только при действии раздражителя, иначе говоря, всякий процесс, протекающий в организме, причинно обусловлен. Раздражитель, действующий на рецептор, — причина, а рефлекторный ответ — следствие.

Второй — принцип структурности (или целостности), согласно которому рефлекторный акт может быть осуществлен лишь при условии структурной и функциональной целостности материальной основы рефлекса — рефлекторной дуги, а вернее, рефлекторного кольца.

Структурная целостность рефлекторной дуги может быть нарушена при механическом повреждении какой-либо ее части: рецепторов, афферентных или эфферентных нервных путей, участков ЦНС, рабочих органов. Это может произойти в результате механической травмы или иного повреждения.

Отсутствие рефлекса из-за нарушения функциональной целостности может быть связано с блокадой проведения нервных импульсов в структуре рефлекторной дуги. Так, многие применяемые для местного обезболивания вещества блокируют передачу нервного импульса от рецептора по нервному волокну. При применении общей анестезии (обезболивания) возбуждение блокируется в центральной части рефлекторных дуг.

33

Глава 2. Общий принцип регуляции функций в организме

Функциональная целостность структуры рефлекса нарушается и в случае возникновения процессов торможения (безусловного или условного) в центральной части рефлекторной дуги. В этом случае также наблюдается отсутствие или прекращение ответной реакции на раздражитель.

Третий принцип — анализа и синтеза. В соответствии с этим принципом любой рефлекторный акт осуществляется на основе процессов анализа и синтеза. Анализ — это биологический процесс «разложения» раздражителя, выявления его отдельных количественных и качественных свойств. Анализ раздражителя начинается уже в рецепторах, но полностью он осуществляется в ЦНС, в том числе наиболее тонко — в коре больших полушарий. Синтез — это биологический процесс обобщения, познания раздражителя как целостности на основе выявления взаимосвязи его свойств, выделенных при анализе. Синтез завершается выбором ответной реакции организма, адекватной действию раздражителя. Так, проанализировав свойства зрительного раздражителя, например, форму, цвет, характер поверхности, удаленность, направление движения, в результате синтеза можно определить, что это — большое, круглое, желто-красное, блестящее и ровное яблоко, катящееся по столу, и тут же протянуть к нему руку.

Вопросы для самопроверки

1.Что представляют собой уровни организации организма человека?

2.Какие механизмы регуляции функций органов и систем вам известны, какова их роль, как они формировались в процессе эволюции?

3.Какие функции выполняет нервная система?

4.На какие отделы делится нервная система человека морфологически и функционально?

5.Что такое рефлекс, рефлекторная дуга и кольцо?

6.Виды рефлексов.

7.Какова структура рефлекса?

8.Каковы основные принципы рефлекторной деятельности?

Рекомендовано к покупке и прочтению разделом по анатомии человека сайта https://meduniver.com/