Тема №2: «Саморегуляція функцій в організмі»

Актуальність: Організм становить собою відкриту саморегульовану і самопродуктивну систему. Саморегуляція – одна з його провідних біологічних характеристик. Не знаючи закономірностей біологічної регуляції, не можна зрозуміти діяльність організму як єдиного цілого, а також діяльність різних систем, що входять до його складу. Знання основних закономірностей біологічної регуляції необхідне у клінічній практиці, оскільки розвиток багатьох патологічних станів організму пов’язаний саме з порушенням механізмів регуляції.

Мета: вивчити загальні закономірності регуляції біологічних функцій, рівні регуляції функцій організму.

Конкретні цілі:

• знати загальний принцип будови регуляторних систем;

• вміти пояснити рефлекторний принцип регуляції функцій в організмі;

• зобразити схему рефлекторної дуги зі зворотним зв’язком;

• навести приклади позитивного та негативного зворотного зв'язку, регуляції функцій організму по збуренню та відхиленню.

• знати основні положення теорії функціональних систем П.К.Анохіна;

Питання до підготовки

1. Біологічна регуляція та саморегуляція, їх роль у забезпеченні гомеостазу.

2. Контури біологічної регуляції. Зворотний зв’язок та його види.

3. Механізми регуляції функцій організму.

4. Теорія нервізму І.М.Сєченова і І.П.Павлова.

5. Теорія функціональних систем П.К.Анохіна

Література

Основна

1. Фізіологія. зад.ред.В.Г.Шевчука.-Вінниця:Нова Книга,2012.-С.52-53.

2. Загальна фізіологія збудливих тканин та опорно-рухового апарату. Метод.вказівки/ За ред.Є.М.Панасюка.-Львів, 1996.-С. 5-11.

Додаткова

1. Фізіологія людини. Підручник/ В.І.Філімонов. -К.:ВСВ «Медицина», 2011.- с. 16-18

2. Физиология человека/ Под ред. Г.И.Косицкого .-М.:Медицина,1985.- 560с.

Інформаційний матеріал

Нормальна життєдіяльність організму як єдиного цілого досягається за рахунок регуляції та саморегуляції різних систем, які підтримують необхідний рівень обміну речовин та гомеостазу з метою пристосування до змінених умов довкілля.

Біологічна регуляція – це сукупність процесів, що забезпечують взаємодію організму та його взаємозв’язок із зовнішнім середовищем для досягнення певної пристосувальної реакції.

Принцип саморегуляції полягає в тому, що відхилення результату діяльності системи від рівня, який забезпечує нормальну життєдіяльність – само є стимулом до повернення цього результату до вихідного рівня

Основою фізіологічної регуляції є передача та переробка інформації, яка містить в собі відображення фактів або подій, що відбулися або будуть відбуватися. Матеріальним носієм інформації є сигнал, яким і переноситься інформація. Це можуть бути як фізичні (електричні, теплові), так і хімічні (форма і концентрація молекули) сигнали. Можуть бути інші способи керування – генетичний код структури ДНК, антигенне кодування чужорідності білкових молекул тощо.

Переробка інформації здійснюється системою регуляції, яка складається з окремих елементів, пов’язаних інформаційними каналами. Серед цих елементів можна виділити:

- Регульовані параметри – це параметри, що характеризують пристосувальну реакцію організму (наприклад, концентрація глюкози в крові, величина артеріального тиску в судинах та ін.)

- Слідкуючий пристрій (СП₁), що сприймає інформацію про зміни регульованих параметрів. В організмі цю функцію виконують рецептори.

- Керуючий пристрій (КП), який сприймає інформацію, порівнює її з заданими параметрами (установкою), формує відповідний сигнал (приймає рішення) для досягнення пристосувальної реакції організму. Ці функції виконує центральна нервова система.

- Виконавчі органи (ВО), що виконують певні функції, завдяки яким досягається пристосувальна реакція організму з певними регульованими параметрами. В організмі ці функції виконують органи-ефектори.

- Слідкуючий пристрій (СП₂) – це елемент контуру, який слідкує за відхиленням РП.

- Канал зворотного зв’язку – це шлях передачі інформації від слідкуючого пристрою (СП₂) до керуючого пристрою про відхилення регульованого параметру від заданого рівня.

- Канал прямого зв’язку – це шлях передачі інформації від керуючого пристрою до виконавчих структур, спрямований на забезпечення заданого рівня регульованого параметру, завдяки зміні їх функцій.

- Канал зовнішнього зв’язку - це шлях передачі інформації до керуючого пристрою про зовнішні «збурюючі» впливи, що потребують досягнення пристосувальної реакції організму з відповідними характеристиками РП.

Процеси саморегуляції базуються на використанні прямих та зворотних зв’язків. Прямий зв’язок передбачає вироблення керуючих впливів на підставі інформації про відхилення регульованого параметра від норми чи дію збурюючого фактора.

Зворотний зв’язок – це процес впливу результату дії на причину та механізм цієї дії, який вимагає наявності каналу зв’язку. Іншими словами, інформація від виконавчого органу повертається до нервових центрів ЦНС, де оцінюється ефективність виконання функції та здійснюється, при потребі, корекція. За допомогою механізму зворотного зв’язку нервова система здійснює контроль за діяльністю структури, яку вона інервує, та корекцію цієї діяльності.

За кінцевим ефектом зворотній зв’язок може бути позитивним і негативним.

«Позитивний зворотний зв’язок» означає, що вихідний сигнал системи регуляції посилює вхідний, тобто активація якої-небудь функції викликає посилення механізмів регуляції. Такий зворотній зв’язок посилює процеси життєдіяльності, але дуже часто приводить систему до нестійкого стану, сприяє формуванню «хибних кіл», які важко розірвати і які лежать в основі багатьох патологічних процесів.

«Негативний зворотний зв’язок» сприяє збереженню стабільності фізіологічних параметрів внутрішнього середовища при збурюючих впливах зовнішнього, тобто підтримує гомеостаз. Він працює наступним чином: при зменшенні параметрів включаються системи регуляції, що збільшують їх і забезпечують відновлення гомеостазу. Наприклад, при зменшенні в організмі гормону щитоподібної залози тироксину, гіпофіз починає посилено продукувати тиреотропний гормон, який стимулює вироблення тироксину щитоподібною залозою.У живих організмів це основний механізм саморегуляції гомеостазу.

На всіх рівнях структурної організації (молекулярному, субклітинному, клітинному, тканинному, органному, організмовому) можливі два типи системи регуляції: по збуренню та відхиленню.

Регуляція по збуренню можлива для систем, які мають зв'язки з зовнішнім середовищем. Цей тип регуляції включається у випадках, коли на живий організм впливає зовнішній для нього фактор, що змінює умови його існування. Наприклад, регуляція дихання забезпечує оптимальний для метаболізму клітин взаємозв'язок процесів газообміну в легенях, транспорту газів кров'ю та газообміну між кров’ю та клітинами у тканинах. Фізичне навантаження стає збурюючим фактором і створює умови у вигляді підвищеної потреби м'язів у кисні, що приводить до змін складових процесу дихання. Регуляція по збуренню характеризується випереджуючим характером реагування, тобто організм до збурюючої дії готується наперед.

Регуляція по відхиленню (саморегуляція по виходу системи) забезпечується порівнянням параметрів фізіологічних систем, які є, з такими, що вимагаються у конкретних умовах, визначенням ступеня неузгодження та включенням додаткових механізмів для подолання цих неузгоджень. Регуляція по відхиленню вимагає наявності каналу зворотного зв'язку. Саме зворотній зв'язок дозволяє регуляції за відхиленням компенсувати (коректувати) неузгодження при раптових змінах середовища та спостерігати за здійсненням регуляції функцій організму по наперед заданим програмам і при умові їх відхилення, що контролюється зворотнім зв’язком, реалізувати компенсаційний режим.

За способами передачі інформації в організмі розрізняють три механізми регуляції:.

І. Автоматична (метаболічна) регуляція на рівні клітини, яка здійснюється продуктами метаболізму, ферментами самої клітини та генетична регуляція..

ІІ. Гуморальна регуляція , здійснюється через рідинні середовища організму (ков, лімфу, тканинну рідину) за допомогою фізіологічно активних речовин (метаболітів, гормонів, нейрогормонів, йонів та ін.)

ІІІ. Нервова регуляція, яка здійснюється за участю соматичної і автономної нервової системи, де способом передачі інформації є нервовий імпульс.

Основоположниками вчення про регулюючу роль нервової системи на всі сторони діяльності організму були І.М.Сєченов і І.П.Павлов, які доказали існування рефлекторного принципу регуляції функцій організму та розробили «теорію нервізму». Основними постулатами цієї теорії стали наступні три принципи:

• детермінізм – причинна зумовленість рефлекторних актів в організмі;

• аналіз та синтез – здатність аналізувати (розділяти) вплив численних подразників на організм за допомогою нервової системи і синтезувати (утворювати) відповідь на цей вплив у організмі як єдиному цілому;

• структурність – взаємозв’язок структури та функції.

Системний підхід до вивчення регуляції функцій організму був введений у фізіологію учнем І.П.Павлова П.К.Анохіним (1898-1974) як подальший розвиток рефлекторної теорії. П.К.Анохін запропонував теорію функціональних систем (ФС).

З точки зору системного підходу живі організми складаються з різних функціональних систем, об’єднаних досягненням спільної мети, тобто виконанням однакових функцій. Але у кожному випадку є домінуюча функціональна система, яка визначає діяльність організму на даний момент. Наприклад, функціональні системи, які підтримують сталість температури, артеріального тиску, газообміну тощо.

З наючи функціональні системи, у клінічній практиці можна проаналізувати причинно-наслідковий ланцюг, що веде до пошкодження і знайти первинну причину пошкодження, а, отже, ефективно на неї вплинути.

Отже, згідно теорії П.К.Анохіна, для функціональних систем характерними є наступні положення:

• основою організації системи є досягнення корисного пристосувального ефекту;

• наявність зворотного зв’язку;

• у систему включаються елементи не за анатомічним принципом, а й за принципом отримання корисного пристосувального ефекту;

• система має властивість різними шляхами досягнути корисного пристосувального ефекту;

• система закінчує своє існування після досягнення корисного пристосувального ефекту.

Нервова регуляція - вищий етап розвитку регуляторних пристосувань організму до умов існування, забезпечує швидкий, точний кінцевий результат пристосування завдяки командам з ЦНС.

Гуморальний механізм регуляції еволюційно з’явився раніше, ніж нервовий. Для нього характерні такі особливості: надходження біологічно активної сполуки до кожної клітини, проте неоднакова дія на різні клітини ; повільне транспортування гуморального чинника; тривала дія на клітини; висока біологічна активність.

Серед гуморальних чинників виділяють гормони й негормональні біологічно активні речовини. Гормони – це хімічні посередники, які секретуються і виділяються клітинами у відповідь на різні сигнали системи регуляції. Крім гормонів є чимало інших хімічних сполук, що в комплексі з гормонами, нервовою системою або самостійно дають регулювальний або модулювальний ефект на функції органів і систем організму.

Насамперед, це нейромедіатори (норадреналін, ацетилхолін, гамма-аміномасляна кислота(ГАМК), серотонін, гістамін), що вивільняються у нервових закінченнях. Наступною великою групою речовин є продукти метаболізму арахідонової кислоти (містяться в ліпідах клітинних мембран), що утворюються у відповідь на гормональні та інші стимули. Ці сполуки отримали назву простагландинів, оскільки вперше їх було виділено з тканин передміхурової залози. Третя група речовин належить до сполук пептидної природи – цитокінів, що здійснює контроль чистоти клітинної популяції, імунітету і бере участь у згортанні крові. Четверту групу регуляторів відносять до аутокринів – речовин, що утворюються при запальних реакціях. Серед них найважливіші гістамін і брадикінін.

Елементи, що здійснюють нервову регуляцію, складаються у рефлекторну дугу. Нервовий шлях регуляції називають нервоворефлекторним. Від гуморального шляху він відрізняється тим, що сигнали поширюються нервовими волокнами з великою швидкістю – від 9,5 до 80-100 м/с; імпульси надходять суворо до певних органів або їхніх частин.

У цілісному організмі всі механізми регуляції тісно взаємодіють між собою, утворюючи єдину нейроендокринну систему регуляції. Різні хімічні чинники впливають на нервову систему. А нервова система впливає на виведення в кров різних фізіологічно активних речовин, у тому числі і гормонів. Крім того нервова активація клітин реалізується через виведення у синаптичну щілину хімічних чинників – медіаторів. Багато органів одночасно регулюється гуморальним і нервовим механізмом. Під контролем переважно гуморальних чинників перебувають тривалі зміни обміну речовин, розмноження, розвиток і ріст. Швидкі зміни діяльності м’язів і залоз контролюється здебільшого нервовою системою.

Завдання 1. Зобразити зв’язок всіх механізмів регуляції у вигляді структурно-логічної схеми.

Завдання2. Закінчіть речення:

Зворотний зв'язок – це ___________________________________________

______________________________________________________________________

За кінцевим ефектом зворотний зв'язок може бути________________________ ___________________________________________________________________ .

____________________ зворотний зв'язок полягає в тому, що внаслідок збільшення будь-якого параметра дія __________________ . __________________ зворотний зв'язок характеризується протилежним ефектом: _______________________ _____

___________________________________________________________________

Завдання 3. Охарактеризувати функціональну систему згідно положень теорії П.К.Анохіна

Завдання 4. Заповніть таблицю «Характеристика основних механізмів регуляції»

№ з/п	Механізм	Чим забезпечується	Характеристика
1.
2.
3.

Завдання 5. Заповнити таблицю «Негормональні біологічно активні речовини»

№ з/п	Назва групи	Назва речовин	Характеристика
1.	Нейромедіатори	Норадреналін, ацетилхолін, ГАМК, серотонін, гістамін	Вивільняються у нервових закінченнях
2.	Простагландини
3.	Цитокіни
4.	Аутокрини

Завдання 6. Розв’язати ситуаційні задачі, вибрати правильну відповідь.

1.Виберіть з переліку приклади позитивного та негативного зворотного зв’язку.

Позитивний зворотний зв’язок:______________________

Негативний зворотний зв’язок:______________________

1. Стимуляція виділення шлункового соку продуктами перетравлення поживних речовин, що всмоктуються у кров.

2. Підвищення рівня Са²⁺ у крові гальмує виділення паратгормону, який підвищує рівень Са²⁺ у крові.

3. Підвищення рівня СО₂ у крові викликає посилення вентиляції легень, що призводить до зниження рівня СО₂.

4. Активація факторів згортання на початку утворення тромбу впливає на ферменти, що призводять до росту тромба.

5. Регуляція температури тіла.

6. Скорочення стінок матки під час пологів стимулює виділення гормону окситоцину, який посилює скорочення стінок матки.

2. Дві тварини вступили у бійку. Як при цьому у них зміниться зсідання крові? Чому? Прикладом якого виду регуляції є така реакція?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.Підвищення рівня глюкози у крові стимулює виділення гормону підшлункової залози інсуліну. Зниження рівня глюкози у крові має протилежний ефект. За яким принципом відбувається регуляція рівня глюкози у кров?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Регуляція яких показників є прикладом позитивного зворотного зв’язку?

А. Температури тіла

В. Рівня глюкози у крові

С. Скорочення стінок матки при пологах

D. Артеріального тиску

Е. Рівня тироксину у крові

5. Яка ланка контуру (рефлекторної дуги) біологічної регуляції забезпечує можливість регуляції «за відхиленням»?

А. Канал зовнішнього зв’язку

В. Канал зворотного зв’язку

С. Канал прямого зв'язку

D. Канал нерезультативного зворотного зв’язку

Е. Така ланка відсутня

6. Якi механiзми бiологiчної регуляцiї є необхiдними для регуляцiї соматичних функцiй в цiлiсному органiзмi?

А. Нервова

В. Автономна

С. Генна

4. Гуморальна

Е. Ферментативна

7. Які твердження щодо функціональної системи правильні?

І. В систему включені елементи за анатомічним принципом

ІІ. Система закінчує своє існування після досягнення постійного корисного пристосувального ефекту

ІІІ. Характерна наявність зворотного зв’язка.

А. Лише І і ІІ

В. Лише ІІ і ІІІ

С. Лише І і ІІІ

D. І, ІІ, ІІІ