6.3.4. Внутренняя среда организма.

При обсуждении особенностей организации и функционирования организмов было отмечено, что, начиная с некоторого уровня их развития – образования двух слоев ткани наружного и внутреннего у кишечнополостных (экто- и энтодерма у пресноводных губок, морских звезд), в них начинает формироваться ВС, параметры которой настраиваются так, чтобы способствовать оптимизации протекания внутренних физиологических процессов. Это удается сделать, потому что она как бы “отгорожена” от внешней по отношению к организму ОС, и, следовательно, в ней можно создать условия, при которых органы и системы организма работают согласованно, по принципам минимизации затрат энергии и наименьшего взаимодействия.

Представление о том, что для каждого организма существует ОС и ВС, введено еще К. Бернаром. Он отмечал, что для живого организма существует Окружающая Среда, в которой помещен сам организм, и другая Среда – Внутренняя, в которой живут клетки организма. Далее он пишет: “Органы, системы существуют не для самих себя: они существуют для клеток, для бесчисленных анатомических элементов, которые образуют организменное здание. Сосуды, нервы, дыхательные органы появляются для того, чтобы создать вокруг каждого элемента среду и условия, которые необходимы для этого элемента, снабдить его в надлежащей мере материалами, в которых он нуждается, водой, пищей, воздухом, теплотой”.

Органы и системы организма различны, для их оптимальной работы в общем случае необходимы разные условия. Кроме того, они связаны друг с другом, подчиняются общим закономерностям совместного функционирования, обеспечивающим динамическое постоянство показателей целостной системы организма. Поэтому поддержание жизни для организма представляет собой тяжелую задачу.

В различных ситуациях жизненные процессы, связанные с обеспечением работающих органов энергией, поддержанием целостности структуры путем замены вышедших из строя элементов, удалением шлаков, отведением во Внешнюю Среду тепла и отходов и т.п., протекают порой очень интенсивно. Например, мощность работающей нервной клетки составляет около 0,123 Вт/г; это очень много для клетки; если не будет отвода тепла, она погибнет через 5÷6 минут [6]. Каждый эритроцит в крови заменяется через 2-3 месяца работы, а период полуобновления клеток печени – несколько десятков суток и т.п. А вот примером быстрого обновления – обновление клеток эпителия тонкого кишечника через трое суток. Причинами такого быстрого обновления является то, что эпителий повреждается и механически пищей, и химически при переваривании пищи пищеварительными соками кишечника на вершине ворсинок, и активными движениями при перистальтике кишечника.

Поддержание процессов жизнедеятельности в организме требует непрерывного расхода вещества и энергии. Этот расход восполняется за счет воды, пищи и кислорода, которые поступают извне. Так за сорок лет жизни через организм взрослого человека в среднем проходит около 40 т воды, 6 т пищи и более 8 млн. л (около 12 т) кислорода.

Организмы-продуценты (растения и водоросли) используя солнечный свет, синтезируют из углекислого газа и воды глюкозу, которая, превращаясь в белки, жиры и углеводы, становиться естественным источником как энергии, так и как пищи для всех остальных животных организмов. В кишечнике жиры, белки и углеводы перевариваются (разлагаются) пищеварительными соками до своих элементных структур (аминокислот, жирных кислот и моносахаридов), из которых, после всасывания в организм внутриклеточно образуются необходимые организму как высокомолекулярные полимерные белки жиры и углеводы так и низкомолекулярные витамины, гормоны, слизь и т.п. При этом все они в организме могут преобразовываться друг в друга. Следовательно, в организме должна существовать своеобразная “фабрика” по переработке сырья, при этом “выходным продуктом” этой фабрики будут вещественные соединения и энергия. Такой “фабрикой” служит метаболическая система организма – совокупность функционально и структурно связанных процессов преобразования биологических веществ в клетках организма и их транспортировки. Иногда ее называют образно – “метаболическим котлом” (Шидловский В.А.).

Метаболизм – совокупность химических реакций, протекающих в живых клетках и обеспечивающих организм веществами и энергией для его жизнедеятельности, роста, размножения. Метаболиты – продукты внутриклеточного обмена, подлежащие окончательному распаду и удалению из организма.

Часть процессов, направленная на получение из простых веществ более сложных, называется анаболизмом. Процессы разложения сложных веществ на более простые определены как процессы катаболизма. Эти процессы организованы по-разному, но тонко согласованы и являются управляемыми.

Большая часть попадающих в организм веществ превращается в энергию и тратится на поддержание жизни организма. Эта часть особенно велика для гомойотермных (т.е. поддерживающих постоянную температуру тела) животных, к которым относится и человек. Практически вся энергия, расходуемая организмом, в конечном итоге обращается в тепло.

Например, сердце при сократительной деятельности тратит на перемещение крови только 7 % энергии, а остальная часть – 93 % – превращается в тепло. Но и эти 7 %, “запасенные” в виде кинетической энергии потока крови, спустя какие-нибудь двадцать секунд также превращаются в тепло. Таким образом, контролируя количества тепла, которое выделяет организм, можно судить об интенсивности протекающих в нем процессов.

Обычно энергетические затраты организма рассчитываются в среднем за сутки, и они составляют: основной обмен (покой в положении лежа при комфортной температуре) для мужчин 2300÷3100 ккал, для женщин 1600÷2400 плюс и еще 5÷10% после каждого приема пищи. Увеличение основного обмена наблюдается при любой степени физической нагрузки – до 4500÷5000 ккал и выше. Эта энергия тратится не только на синтез соединений, но и на анализ параметров ОС и ВС, обработку информации и формирование целей, обеспечение работоспособности систем управления, и т.п.

Функционирование организма в Окружающей Среде во многом определяется тем, насколько эффективны процессы, происходящие на границе между средами. В основном эта граница проходит по внешним кожным покровам и слизистым оболочкам, через которые происходит 5÷10% обмена с выхождением веществ в ОС через потовые и сальные железы и попаданием их в ВС через волосяные луковицы остевых волос. На внешней поверхности тела расположены рецепторы (органы чувств), дающие информацию о состоянии окружающей среды; через эту границу происходит и весь обмен организма веществами и энергией.

Остальной обмен веществами между ОС и ВС происходит через три специализированных участка контакта этих сред: легкие (газы и легколетучие вещества), кишечник (плотные водорастворимые и эмульгируемые вещества) и кожу (жирорастворимые вещества). Через легкие поступает кислород, а из организма выходит углекислый газ и пары воды. В артериальную кровь через легкие могут попасть и другие газы – азот, угарный газ. Если в нормальных условиях это не оказывает заметного влияния на состояние организма, то в экстремальных условиях такая возможность должна быть исключена. К нарушению функционирования каких-либо органов или систем может привести излишне интенсивное удаление веществ из организма через легкие. Например, при гипервентиляции может наступить снижение уровня СО₂ в крови (гипокапния), сопровождающаяся резким ухудшением состояния организма.

Через поверхность кишечника во Внутреннюю Среду поступают необходимые для жизни вещества – жиры, белки, витамины, углеводы. Здесь же происходит выделение в просвет кишечника одного из важных продуктов обмена – билирубина, получающегося при распаде форменных элементов крови. Накопление билирубина приводит к отравлению организма, а выведение его другими путями невозможно.

В почках идут только выделительные процессы – из ВС удаляются конечные продукты обмена, а также ядовитые вещества, попавшие в организм через кишечник или с вдыхаемым воздухом.

Следовательно, Окружающей Средой, с которой постоянно и непосредственно контактирует Внутренняя Среда через дыхательные пути с легкими и пищеварительный канал, являются воздух, вода и пища.

На границах организма осуществляются и “мероприятия” по защите от внешних инфекций и токсических веществ. Внутри организма эта функция возложена на специальные клетки – лейкоциты, образующиеся в костном мозге и лимфоидных тканях. Защитная система включает также тканевую систему макрофагов и лимфоидные ткани. Для противодействия вторгшимся чужеродным агентам включаются два процесса – фагоцитоз и формирование антител. Фагоцитоз связан с поглощением и перевариванием микробов, вирусов и мелких некротических части в основном нейтрофильными лейкоцитами, а крупных частиц - макрофагами, (в кровяном русле они носят название “моноциты”). Функции образования иммунных антител выполняют лейкоциты – лимфоциты. Лейкоциты могут двигаться целенаправленно по направлению к источнику каких-либо веществ. Макрофаги способны закрепляться в тканях органов и оставаться в фиксированном состоянии, не теряя защитных свойств.

Во Внутренней Среде организма могут содержаться все вещества, составляющие Окружающую Среду, а, кроме того, в разных его частях (клетках, тканях, органах) в различных концентрациях содержатся вещества, синтезируемые или полученные в результате разложения некротических останков и в процессе жизнедеятельности в качестве конечных продуктов.

Воздействия со стороны ОС, а также изменение целей, т.е. решаемых в конкретный момент времени задач, приводят к временному изменению условий оптимальности и к перестройке организма на новый уровень функционирования. Следовательно, сам процесс изменения параметров для ВС организма естественен, так как он связан с оптимизацией функционирования органов и функциональных систем в зависимости от целей, которых стремиться достичь живая система, и условий ОС. Наличие патологий приводит к изменению характера равновесия, когда физические и физико-химические параметры ВС выходят за уровни оптимальных изменений. По существу физиологические методы исследования позволяют оценивать состояние организма по значению этих параметров в условиях реального существования и формировать заключения о наличии патологических процессов по отклонениям таких параметров от оптимальных значений.