Т ЕМА: ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИОЛОГИЮ.

Занятие 1: Физиологические функции живого организма.

Вопросы для самоподготовки:

1. Физиология как наука. Основные разделы современной физиологии.

2. Методы современной физиологии.

3. Биологическая характеристика живого организма.

4. Физиологические процессы, функции и механизмы.

5. Механизмы регулирования функций организма.

6. Функциональные системы. Системные принципы регуляции физиологических функций.

Базовая информация.

Физиология как наука.

Физиология (от греч. physis – природа, logos – учение) – наука, относящаяся к биологическим дисциплинам и изучающая закономерности и механизмы функционирования живых организмов, их отдельных систем, органов, тканей и клеток, а так же механизмы регуляции этих функций.

В ходе своего развития физиология прошла несколько этапов: эмпирический, анатомо-функциональный, функциональный. На каждом этапе в изучении физиологического процесса или явления имело место два направления (подхода) - аналитическое и системное.

Аналитическое направление (в основе которого метафизическая философия) характеризуется изучением конкретного процесса, протекающего в каком-либо живом объекте (органе, ткани или клетке) как самостоятельного, т. е. вне связи его с другими процессами в изучаемом объекте. Такое направление дает всестороннее представление о механизмах данного процесса.

Системное направление (в основе которого диалектическая философия) ставит своей целью изучение конкретного процесса во взаимосвязи его с другими, протекающими на уровне организма как единого целого.

Для физиологии как науки, необходимы оба эти направления. На разных этапах развития физиологии соотношение этих направлений изменялось, вначале преобладало аналитическое направление, на более поздних этапах - системное. Для современного этапа характерно дальнейшее углубление аналитического подхода (изучение процессов на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях). Вместе с тем, стало обычным соотнесение этих процессов с процессами целого организма. Открытие системных закономерностей в деятельности живых организмов показало, что для выполнения определенных функций происходит избирательное объединение его отдельных органов и их систем, обеспечивающее достижение полезного приспособительного результата. Такие объединения были названы П. К. Анохиным функциональными системами.

Решение таких задач невозможно без связи с другими науками, изучающими работу человеческого организма. Осмысление физиологических механизмов непременно основывается на данных анатомии, гистологии, цитологии, и других направлений биологических наук, объединяя их в единую систему знаний. В физиологии широко используют также методы физики, химии, кибернетики, математический аппарат. Будучи основанными на физических и химических закономерностях, физиологические явления тем не менее характеризуются собственными качественными особенностями. Они подчиняются возникающим в процессе эволюции закономерностям.

Основные разделы современной физиологии. Совокупность физиологических знаний подразделяют на ряд отдельных, но взаимосвязанных направлений – общую, частную и прикладную физиологию.

В общую физиологию включают сведения, касающиеся природы основных, жизненных процессов, общих проявлений жизнедеятельности, таких, как метаболизм органов и тканей, свойства биологических мембран и отдельных клеток, общие закономерности реагирования организма и его структур на воздействие среды – раздражимость, возбудимость, процессы возбуждения и торможения. Сюда же относят особенности которые обусловлены разными уровнями структурной организации, разными условиями существования и целым рядом других причин (например, исследования специфических особенностей функций организмов различных видов, а также представителей одного и того же вида, но находящихся на разных стадиях индивидуального развития). Следовательно, общая физиология описывает те качественно своеобразные явления, которые отличают живое от неживого.

Частная физиология исследует свойства отдельных тканей (мышечной, нервной и др.), органов (печени, почек, сердца и пр.), закономерности объединения их в системы (система пищеварения, кровообращения, дыхания). Кроме того, сюда можно отнести физиологию отдельных классов, групп и видов животных (например, насекомых, птиц, хозяйственно полезных животных – оленей, овец, коров).

Прикладная физиология изучает закономерности проявлений деятельности организма, особенно человека, в связи со специальными задачами и условиями. К числу таких разделов относят физиологию труда, разрабатывающую и обосновывающую мероприятия, которые связаны с рационализацией труда, с производственным обучением. Физиология спорта занимается изучением состояний организма при различного рода физических нагрузках, тренировках и т. д. Практической задачей физиологии питания. является обоснование норм питания, диет, режимов для различных, профессиональных и возрастных групп людей, живущих в разных природных условиях, а также при разных состояниях организма. Ряд специальных проблем, возникающих в результате пребывания организма при измененном барометрическом давлении, перегрузках, условиях, не встречающихся на Земле (невесомость), изучает подводная и космическая физиология. Влияния, оказываемые на организм внешней средой, и в этой связи особенности физиологических процессов у разных видов животных в зависимости от условий существования, изучает по преимуществу экологическая физиология. Исключительно важные в практическом отношении задачи решает большой раздел физиологии сельскохозяйственных животных. Помимо названных развивается и ряд других имеющих прикладное значение разделов физиологии.

Физиологию принято также условно подразделять на нормальную и патологическую. Первая изучает закономерности жизнедеятельности здорового организма, механизмы адаптации функций к действию различных факторов, наконец, устойчивость организма. В отличие от нормальной, патологическая физиология рассматривает измененные функции больного организма, выясняет общие закономерности возникновения, развития и течения патологических процессов в организме, процессы компенсации и адаптации функций при заболеваниях, а также механизмы выздоровления и реабилитации.

В ходе своего развития физиология прошла несколько этапов: эмпирический, анатомо-функциональный, функциональный. На каждом этапе в изучении физиологического процесса или явления имело место два направления (подхода) - аналитическое и системное.

Аналитическое направление характеризуется изучением конкретного процесса, протекающего в каком-либо живом объекте (органе, ткани или клетке) как самостоятельного, т. е. вне связи его с другими процессами в изучаемом объекте. Такое направление дает всестороннее представление о механизмах данного процесса.

Системное направление ставит своей целью изучение конкретного процесса во взаимосвязи его с другими, протекающими на уровне организма как единого целого.

Для физиологии как науки, необходимы оба эти направления. На разных этапах развития физиологии соотношение этих направлений изменялось, на ранних этапах преобладало аналитическое направление, на более поздних - системное. Для современного этапа характерно дальнейшее углубление аналитического подхода (изучение процессов на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях). Вместе с тем, стало обычным соотнесение этих процессов с процессами целого организма. Открытие системных закономерностей в деятельности живых организмов показало, что для выполнения определенных функций происходит избирательное объединение его отдельных органов и их систем, обеспечивающее достижение полезного приспособи-тельного результата. Такие объединения были названы П. К. Анохиным функциональными системами.

Методы физиологических исследований.

Физиология – экспериментальная наука. Она располагает двумя основными методами – наблюдением и экспериментом. Наблюдение позволяет проследить за работой того или иного органа, но даже при использовании технических средств, для наблюдения, позволяет ответить только на вопрос «что происходит». Кроме того, результаты наблюдения зачастую могут носить субъективный характер. Поэтому, основным и более объективным методом познания механизмов и закономерностей в физиологии является эксперимент, позволяющий не только ответить на вопрос, что происходит в организме, но и выяснить так же, как и почему происходит тот или иной физиологический процесс, как он возникает, какими механизмами поддерживается и управляется. При изучении любого процесса обычно создают условия, в которых можно вызвать этот процесс и в последующем им управлять. В зависимости от того, какую цель преследует эксперимент, ему соответствует и определенный характер методических приемов.

Для глубокого проникновения в природу протекающих в организме процессов, доведения анализа до молекулярного уровня клетки (изолированной от всех основных процессов, которые происходят в организме) используют так называемые аналитические исследования, благодаря которым может быть получено исчерпывающее представление об отдельной клетке, ее органеллах, возможностях и особенностях мембранных процессов и т. д.

Однако для понимания сложных процессов жизнедеятельности, протекающих в целом организме, используют методы, так называемой «синтетической физиологии». Она в отличие от «аналитической» считает своей задачей приближение условий эксперимента к естественным, наиболее соответствующим познанию жизнедеятельности организма.

На ранних этапах развития физиологической науки при изучении функций и значения того или иного органа особой популярностью пользовались методики удаления либо части, либо всего органа (метод экстирпации) с последующим наблюдением и регистрацией того, какими последствиями сопровождается вмешательство. В иных случаях изучаемый орган не удаляют, а пересаживают в том же организме на новое место или переносят в другой организм (метод трансплантации). Такой подход оказался особенно результативным при изучении функций эндокринных желез.

Для рассмотрения деятельности органов, расположенных в глубине тела и недоступных непосредственному наблюдению, используют фистульный метод. При этом, один конец металлической или пластмассовой трубки вводят в полый орган (желудок, кишечник, желчный пузырь), второй – закрепляют на коже. Разновидностью этой методики может быть выведение протоков желез. Вариантом подобного подхода может служить и методика катетеризации. В этом случае в кровеносные сосуды, сердце, протоки желез вводят тонкие синтетические трубки-катетеры, которые используют и для регистрации происходящих в изучаемых органах процессов, и для введения различных фармакологических веществ и препаратов.

Для того чтобы установить зависимость функции органа от влияния нервной системы, прибегают к методике денервации. При этом либо перерезают нервные волокна, иннервирующие орган, либо (для возбуждения деятельности органа) используют электрический или химический вид раздражения.

Кроме того, в последние десятилетия широкое применение нашли различные инструментальные методики в сочетании со стимуляцией мозговых или периферических структур у бодрствующих животных и регистрацией у них электрической активности посредством вживления макро- и микроэлектродов.

Принято различать следующие формы проведения физиологического эксперимента: острый, хронический, в условиях изолированного органа.

Острый эксперимент обычно непродолжителен. В этом случае наркотизированное и обездвиженное животное вскрывают для проведения искусственной изоляции органов и тканей, иссечения и стимуляции различных нервов, регистрации электрических потенциалов, введения лекарственных препаратов и т. д.

Хронический эксперимент требует специальной подготовки в виде определенно направленных хирургических операций и использования животного в опыте только после того, как оно оправится от хирургического вмешательства. В хроническом эксперименте применяют такие методические приемы, как наложение фистул, пересадки различных органов, вживление электродов и т. д. Следует также заметить, что лишь в условиях хронического эксперимента возможно изучение сложных форм поведения с использованием методики условных рефлексов, различных инструментальных методик, телеметрии. Условия хронического опыта, позволяющие наблюдать животное на протяжении недель, месяцев и даже лет, создают возможности неоднократного повторения на нем исследования, значительно повышая, таким образом, достоверность проводимых наблюдений.

Функции отдельных органов изучают не только в целом организме, но и при их изоляции из него. В этом случае извлеченному органу, прежде всего, создают необходимые условия: температуру, влажность или подачу специальных, питательных растворов через сосуды изолированного органа (метод перфузии). Подобные условия необходимы по преимуществу для микрофизиологических экспериментов, когда в качестве объекта используют отдельную мышечную, нервную или другую клетку.

В условиях острого и хронического эксперимента на животных изучаются физиологические механизмы функционирования и взаимодействия органов и систем целостного организма. В спортивной физиологии эти экспериментальные методы не могут быть использованы по этическим соображениям. Поэтому особое значение приобретает метод целенаправленного наблюдения за состоянием организма человека в условиях систематических занятий физическими упражнениями. При этом используются и инструментальные (в частности - телеметрические) методики, методы биохимических исследований при выполнении контрольных упражнений, специальных, функциональных проб и тестовых испытаний.

В экспериментальной физиологии непрерывно происходят значительные методические усовершенствования, которые коренным образом меняют самую технику эксперимента, способы регистрации процессов, обработки и оценки экспериментальных данных. Механические преобразователи сигналов вытеснены электронными системами, регистрация процессов все более осуществляется на магнитном носителе, и последующая обработка материалов ведется с помощью компьютерной техники.

Биологическая характеристика живого организма.

Являясь объектом физиологического исследования, живой организм требует более детального рассмотрения.

Организм (от лат. оrgаniso - устраиваю, придаю стройный вид) - это целостная биологическая система отдельного живого существа. Составные части организма – клетки, ткани и органы – в сумме еще не представляют собой целостный организм. Лишь соединение их в порядке, исторически сложившемся в процессе эволюции, и их взаимодействие образуют целостную систему – которой присущи определенные свойства. Именно они и позволяют рассматривать живые организмы как самостоятельную форму существования материи. С точки зрения различных биологических дисциплин последовательность и значение этих свойств не всегда одинаково. Для физиологии наибольшее значение будут иметь следующие.

Прежде всего, – это одно из основных свойств живого - способность к самовоспроизведению или репродукции. Это свойство реализуется в процессе размножения - способности организмов воспроизводить себе подобных. Значение этого процесса настолько велико, что, по мнению некоторых биологов, оставление потомства вполне можно считать биологической целью любого живого организма. Следует отметить, что не является исключением, в данном случае, и человек.

Следует помнить, что сущность процесса размножения, для любого организма, заключается в образовании новой информационной молекулы ДНК на основе материнской в процессе ее репликации (удвоения). На основе информации, заложенной в дочерней ДНК, и происходит развитие нового организма.

Процесс удвоения материнской ДНК происходящий в клетке является химической реакцией, а любая химическая реакция требует определенных условий, в данном случае условий внутренней среды. Для живого организма жизненно важно, чтобы поддерживалось, прежде всего, постоянство этих условий или гомеостаз. Любое сколько-нибудь значимое изменение гомеостатических показателей организма (температуры тела, артериального давления, насыщения крови кислородом, внутриклеточного рН, и др.) за пределы физиологической нормы, приводит к его неизбежной гибели. Значит, на поддержание постоянства внутренней среды и будут направлены все, без исключения, физиологические процессы. Поддержание гомеостаза, в таком случае, можно считать физиологической целью организма.

Поддержание постоянства внутренней среды обеспечивается в ходе обмена веществ, который можно отнести к следующему важнейшему свойству живых организмов. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее необходимые вещества и выделяя продукты жизнедеятельности.

Одна сторона обмена заключается в том, что вследствие целого ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды уподобляются органическим веществам живого организма и из них строится его тело. Эта сторона обмена, называемая пластическим обменом, обеспечивает реализацию еще одного свойства - единства химического состава. Действительно, несмотря на то, что в состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород. Кроме того, органические соединения редко встречаются в неживой природе, а все живые организмы построены и основном из четырех крупных групп сложных органических молекул – биологических полимеров: нуклеиновых кислот, белков, углеводов, а также липидов.

Другая сторона обмена веществ, называемая энергетическим обменом, проявляется в том, что сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза.

Поддержание нормальной жизнедеятельности организма невозможно без непрерывной информации о состоянии окружающей среды. Именно благодаря этой информации и происходит адекватная регуляция всех процессов обмена веществ. Для более сложных организмов, в том числе и человека, такая информация необходима для реализации сложных форм поведения. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на внешние воздействия. Это свойство носит название раздражимости. Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а реакция организма на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости.

Механизмы лежащие в основе процессов раздражимости и обмена веществ и являются в конечной итоге предметом физиологии.

Отметим, что существует и целый ряд других свойств.

В процессе обмена веществ, проявляется такое свойство живых организмов как энергозависимость. Живые тела представляют собой открытые для поступления энергии системы, то есть они существуют только до тех пор, пока в них поступает энергия и материя из окружающей среды.

Благодаря процессам обмена веществ осуществляется рост и развитие организма. В результате развития возникает новое качественное состояние биологической системы представленное индивидуальным развитием организмов - онтогенезом, и историческим развитием видов - филогенезом. Развитие сопровождается изменением количества - ростом.

Не менее важным свойством является – дискретность (лат. discretus – прерывистый, разделенный), согласно которому любая биологическая система состоит из обособленных в пространстве, но тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство (тело – орган – ткань – клетка – органоид – молекула – и т.д.), каждая из которых может выполнять функцию, лишь будучи пространственно изолированной от других. Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности, она создает возможность постоянного самообновления его путем замены «износившихся» структурных элементов без остановки выполняемой функции. Кроме структурной, можно выделить и функциональную дискретность, которая проявляется в процессах восприятия внешней среды и регуляции физиологических актов.

Способность живых организмов обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов отражает свойство саморегуляции. Под саморегуляцией понимают такой вид регуляции, когда отклонение регулируемого параметра является стимулом для его восстановления. Для осуществления принципа саморегуляции необходимо взаимодействие следующих компонентов функциональных систем:

• Регулируемый параметр (объект регуляции, константа).

• Аппараты контроля, следящие за отклонением данного параметра под воздействием внешних и внутренних факторов.

• Аппараты регуляции, обеспечивающие направленное действие на деятельность органов, от которых зависит восстановление отклонившегося параметра.

• Аппараты действия - органы и системы органов, изменение деятельности которых в соответствии с регуляторными влияниями, приводят к восстановлению исходной величины параметра.

• Обратная афферентация - несет информацию в аппараты регуляции о достижении или не достижении полезного результата, о возвращении или невозвращении отклонившегося параметра к норме.

Наконец, ритмичность - периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия) связанные с периодическими колебаниями (повторениями) условий в окружающей среде.

Ритмичность обеспечивает согласование функций организма с окружающей средой, т. е. приспособление к периодически изменяющимся условиям существования. Эволюционно сформированные ритмические изменения жизнедеятельности сохраняются даже в том случае, если внешние факторы остаются неизменными или, напротив, резко меняются. Например, изменение температуры внешней среды не может существенно изменить суточные колебания температуры тела.

Физиологические процессы, функции и механизмы.

Основой обеспечивающей реализацию биологических свойств живого организма, а, следовательно, и основой жизнедеятельности организма являются физиологические процессы - сложная форма взаимодействия и единства биохимических и физиологических реакций, получившая в живой материи качественно новое (биологическое) содержание.

Физиологические процессы лежат в основе физиологических функций.

Функция – это специфическая деятельность дифференцированных клеток, тканей органов организма, например – сокращение, секреция и др. За счет изменения физиологических функций организм приспосабливается (адаптируется) к внешней среде, к условиям существования.

Физиологические функции с некоторой долей условности можно разделить на соматические, которые осуществляются за счет деятельности скелетных мышц иннервируемых соматической нервной системой, и вегетативные – связанные с обменом веществ. Эти функции осуществляются за счет работы внутренних органов, деятельность которых регулируется вегетативной нервной системой.

Интенсивность, выраженность физиологических реакций в ответ на действие раздражителей зависит от индивидуальных особенностей, генетической программы развития человека. Современная генетика дает основания утверждать, что наследственные задатки определяют развитие физических качеств - быстроты, силы, выносливости. Наследственная природа качеств и способностей выдающегося спринтера или марафонца - такая же реальность, как генетическая программа, определяющая телосложение, цвет глаз или волос.

Физиологические функции реализуются в результате осуществления различных физиологических актов.

Физиологический акт – это сложный процесс, который осуществляется при участии различных физиологических систем организма. Так, различают физиологические акты дыхания, пищеварения, выделения, движения и т. д.

Например, в физиологическом акте пищеварения участвуют определенные отделы центральной нервной системы (которые приходят в состояние возбуждения при виде, запахе, ощущении вкуса пищи), скелетные мышцы (добывание, обработка и приготовление пищи), секреторный аппарат желудочно-кишечного тракта (выделение пищеварительных соков), гладкие мышцы пищеварительной трубки (при их сокращении происходит передвижение содержимого желудочно-кишечного тракта), кишечный эпителий (всасывание питательных веществ, воды и т.д.). В процессе пищеварения принимают участие и другие системы: кровообращение, кровь и т.д.

Совокупность сложных физиологических актов и обеспечивают поддержание или восстановление постоянства внутренней среды организма – гомеостаза (homeostasis –постоянное состояние).

Одним из механизмов обеспечивающих поддержание постоянства внутренней среды в непрерывно меняющихся внешних условиях является адаптация.

Адаптация (от лат. аdарtаtio - приспособление) в самом общем виде может быть определена как совокупность приспособительных реакций и морфологических изменений, позволяющих организму сохранить относительное постоянство внутренней среды в изменяющихся условиях внешней среды. У человека адаптация выступает как свойство организма, которое обеспечивается автоматизированными самонастраивающимися, саморегулирующимися системами - сердечно-сосудистой, дыхательной, выделительной и др. В каждой из этих систем можно выделить несколько уровней адаптации - от субклеточного до органного. Но конечный ее смысл не теряется ни на одном из уровней - это повышение жизнестойкости, устойчивости системы к факторам среды.

Механизмы регулирования функций организма.

Для достижения полезного приспособительного результата взаимосвязь между органами должна носить определенный, направленный характер, т. е. органы должны взаимодействовать между собой по определенным закономерностям. Такое взаимодействие в физиологии осуществляется регуляцией (или в более широком смысле – управлением). Управление – это совокупность действий, производимых над органом или системой органов, направленных на достижение определенной цели или положительного для организма результата.

Управление может осуществляться за счет: а) регуляции, б) инициации, в) координации.

Под регуляцией можно понимать управление деятельностью органа (системы), который работает в автономном режиме (обладает свойством автоматии). Регуляция может проявляться в двух вариантах: торможение или стимуляции деятельности органа. Так регулируется, например, сердце.

Инициация – это процесс управления, при котором происходит запуск деятельности органа, не обладающий свойством автоматии. Например, инициируется деятельность скелетных мышц. Отметим, что в физиологической литературе инициация как самостоятельный способ регуляции, как правило не выделяется.

Координация – это вид управления, при котором согласуется деятельность нескольких органов или систем одновременно и такое управление направлено на получение положительного (полезного для организма) результата. По сути, этот вид управления – функциональные системы в понимании П. К. Анохина.

Различают три основных вида регуляции – местную, гуморальную и нервную.

Местная регуляция осуществляется в трех вариантах.

Первый вариант - по типу нервной регуляции – за счет наличия в органе периферических рефлекторных дуг, не связанных своими элементами с ЦНС, (например, Мейсснерово и Ауэрбахово сплетения в желудочно-кишечном тракте, внутрисердечные рефлекторные дуги). Эти внутриорганные системы получили, по А. Д. Ноздрачеву, название – метасимпатическая нервная система.

Второй вариант – по типу гуморальной регуляции – например за счет метаболитов (СО₂, АДФ, молочной кислоты, различных ионов) накапливающихся в работающем органе и меняющих его реакцию.

Третий вариант местной регуляции осуществляется за счет использования физических, физико-химических, биохимических и физиологических свойств самого объекта регулирования. Например, изменение состояния сократительных белков мышц - актина и миозина за счет активности регуляторных белков – тропонина и тропомиозина.

Гуморальная регуляция – осуществляется за счет химических веществ, находящихся в циркулирующих в организме жидкостях (крови, лимфе, тканевой жидкости). Химическими регуляторами функций могут быть многие вещества. Например:

• вещества, поступающие извне вместе с продуктами питания, при дыхании, через кожу;

• неспецифические продукты обмена веществ органов и тканей – углекислота (например, накопление ее в крови возбуждает центр дыхания), мочевина и др.;

• некоторые специфические продукты обмена веществ клеток, в том числе медиаторы – передатчики возбуждения в синапсах (ацетилхолин, норадреналин и др.);

• гормоны – физиологически активные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции и важнейшие специализированные химические регуляторы жизнедеятельности организма.

Механизм действия гормонов может быть прямой, осуществляемый путем непосредственного влияния гормонов на обмен веществ органов и другие процессы через ферментные системы, а также непрямой, более сложный – через нервную систему. Во втором случае гормоны оказывают влияние, изменяя функциональное состояние нервных центров или воздействуя вначале на ее воспринимающие аппараты – рецепторы.

Отличительной чертой гуморальной регуляции является то, что химический регулятор попадая в кровоток, поступает ко всем органам и тканям, независимо от того, участвует он в регуляции функций или нет. Только избирательное отношение тканей к этому веществу за счет наличия специализированных рецепторов, обусловливает включение гормонов в процесс регуляции.

Скорость распространения химического регулятора относительно небольшая и соответствует скорости кровотока.

Нервная регуляция – это регуляция (управление) с помощью специально предназначенной для этих целей структуры – ЦНС.

Этот механизм регуляции эволюционно более молодой. Он отличается от гуморального тем, что нервные импульсы распространяются по нервным путям с достаточно большой скоростью (в зависимости от характера нерва – от 0,5 до 120 м/сек), и идут по определенным нервным волокнам к строго определенным органам, обеспечивая высокую специфичность ответа.

Основным нервным механизмом регуляции функций является рефлекс – ответная реакция организма, осуществляемая при участии нервной системы. Анатомической основой рефлекса является рефлекторная дуга – путь, по которому распространяется нервный импульс в организме. Учение о рефлексе – рефлекторная теория – одно из основных учений современной физиологии объясняющее механизмы управления вегетативными процессами, движением, поведением.

Можно говорить о двух вариантах нервной регуляции: соматической – регуляции деятельности скелетной мускулатуры и анализаторов, и вегетативной – регуляции деятельности внутренних органов.

Регуляция функций - основа обеспечения постоянства внутренней среды организма и его адаптации к изменяющимся условиям существования. Изучение закономерностей поддержания постоянства внутренней среды показало, что оно осуществляется по принципу саморегуляции путем формирования функциональных систем.

Функциональная система. Системные принципы регуляции физиологических функций.

Живой организм представляет собой целостную биологическую систему, поэтому, объективные возможности для изучения физиологических функций организма и их регуляции следует искать в общей теории систем. Согласно Л. Берталанфи, являющимся основоположником теории систем, система - целое, составленное из частей, их соединение.

Изучение организма как системы связано с именем П.К. Анохина и с его учением о функциональных системах организма, в котором он впервые сумел объяснить каким образом организм, как совокупность отдельных органов, выполняет целостные задачи и достигает положительных результатов. В последующие годы теория была развита и в настоящее время, по мнению ряда физиологов, является ведущей теорией, объясняющей принципы нервной регуляции, принципы управления в живых системах.

По мнению П.К. Анохина, любая функциональная система состоит из 5 основных элементов:

• полезный приспособительный результат (ведущее звено ФС).

• рецептор результата.

• обратная афферентация – информация, идущая от рецептора в центр.

• центральная архитектура (нервные центры).

• исполнительные компоненты.

Объединение этих компонентов в систему происходит в виде физического, гуморального, нервного и нервно-гуморального взаимодействий, носящих определенный направленный характер.

Таким образом, функциональная система – это совокупность взаимосвязанных органов и элементов управления физиологическими реакциями, обеспечивающих единую функцию с положительным конечным результатом.

Центральным звеном любой функциональной системы, ее cuстемообразующим фактором, является результат, так как именно ради него формируются функциональные системы и он и организует систему. Результат постоянно испытывает воздействия внешних и внутренних факторов, которые могут привести к изменениям его величины, т. е. к отклонению от константного уровня, что сразу же улавливается аппаратами контроля, которые представлены различными рецепторами организма. Информация о состоянии результата от рецепторов поступает по нервным и гуморальным путям в аппараты регуляции (нервные центры). В аппаратах регуляции происходит оценка поступившей информации о состоянии полезного результата и формирование соответствующих команд к аппаратам действия (эффекторам), изменение деятельности которых приводит к достижению полезного результата, т. е. к возвращению отклонившегося параметра к константному уровню.

С точки зрения функциональных систем можно говорить о 4-х вариантах результатов.

• показатели внутренней среды организма, которые определяют нормальный метаболизм тканей (например, рН, рСО₂, рО₂, величина артериального давления и т. п.).

• результаты поведенческой деятельности, которые удовлетворяют основные биологические потребности организма – в том числе, пищевые, питьевые, половые и т. и.

• результаты стадной деятельности животных, удовлетворяющие потребности сообществ.

• результаты социальной деятельности человека, удовлетворяющие его социальные потребности.

Теория функциональных систем является важным инструментом в понимании закономерностей формирования того или иного вида приспособительной деятельности организма и ее нарушений. При изменении внешних (экологических) условий, различных, в том числе физических нагрузках, заболевании человека анализ компонентов функциональной системы, нарушенной деятельности поможет наиболее эффективно осуществить поиск причин нарушения, локализацию и характер нарушения функции, наметить пути компенсации нарушенной функции.

В рамках самого понятия систем следует выделить основополагающие системные принципы определяющие работу в том числе и функциональных систем организма:

а) целостность - несводимость свойств системы к сумме свойств ее составных частей. Действительно, живой организм представляет собой единое целое, в котором частные физиологические процессы подчинены закономерностям работы всей сложной целостной системы, а свойства этой целостной системы, описанные выше, не являются результатом работы ни одной из составных частей организма в отдельности.

б) структурность - возможность описания системы через ее структуру. Процесс познания физиологических закономерностей немыслим без глубокого изучения структуры органа или системы органов. Поэтому изучение макро- и микроструктуры органа - необходимый этап познания сущности физиологических процессов. Разумеется, речь идет не о механических аналогиях, а о глубоком понимании связи между структурой и функцией живого органа или целостной живой системы.

в) иерархичность - соподчиненность составляющих элементов системы. Каждый орган или система органов выполняет специфическую функцию. Однако самостоятельность системы или органа в поведенческом акте является относительной. Так, в реализации пищевой поведенческой реакции проявления физиологической активности оказываются подчиненными решению главной задачи - удовлетворению потребности в пище.

По принципу системной иерархичности строится и управление процессами жизнедеятельности в организме: элементарные процессы жизнедеятельности подчинены сложным системным зависимостям. Низшие уровни управления обеспечиваются автоматическими системами регуляции, поддерживающими заданный режим жизнедеятельности.

Высший уровень регуляции физиологических функций целостного организма и взаимоотношение организма и среды обеспечиваются центральной нервной системой. Второй уровень регуляции обеспечивается вегетативной нервной системой, регулирующей активность внутренних органов. Третий уровень регуляции осуществляется эндокринной системой которая с помощью гормонов активизирует или тормозит работу ферментных систем, а через них - физиологические функции целостного организма. Неспецифическая регуляция физиологических функций осуществляется жидкими средами организма (кровью, лимфой). Это четвертый уровень регуляции.

В целостном организме все эти уровни регуляции находятся во взаимной связи, обеспечивая получение полезного результата функционирования, как отдельного органа, системы, так и организма в целом. В этом проявляется системность регуляции физиологических функций целостного организма.

г) взаимосвязь организма и среды. Потребности живого организма могут быть удовлетворены только в результате активного взаимодействия его с внешней средой. Благодаря этому взаимодействию живой организм растет, развивается, накапливает энергию которая расходуется на выполнение различных видов работы, свойственных живому организму: механической, химической, электрической, осмотической и др.

д) нервизма. Единство организма и связь его с внешней средой осуществляется, главным образом, за счет деятельности нервной системы, особенно ее высших отделов - коры и подкорковых структур. Принцип нервизма сформировался именно в физиологии в результате накопления морфологических данных о строении нервной системы и представлений о физиологической роли нервных механизмов в регуляции физиологических функций. Основным нервным механизмом, лежащим в основе регуляции как физиологических, так и психических процессов, по современным представлениям, является рефлекс

Рассмотрим на примерах, каким образом можно охарактеризовать некоторые из основных свойств живого организма.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

1. Характеристика обмена веществ.

Согласно научным данным, изложенным в любом учебнике биологии известно, что все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее необходимые для своей жизнедеятельности питательные вещества и выделяя в нее продукты этой жизнедеятельности. Одна сторона обмена заключается в том, что вследствие целого ряда сложных химических превращений вещества полученные организмом из окружающей среды уподобляются органическим веществам живого организма и из них строится его тело.

Другая сторона обмена вещества проявляется в том, что сложные органические соединения распадаются в организме на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма, а в результате их распада выделяется энергия необходимая для реакций биосинтеза.

Из сказанного следует, что любой организм, в том числе и организм человека, непрерывно (а может иногда) потребляет одни вещества и выделяет совершенно другие (которые не потреблял). Так ли это?

Вспомнив что методом физиологического исследования может являться не только эксперимент, но и наблюдение, попробуйте эмпирическим путем доказать наличие (или отсутствие) обмена веществ в организме человека.

С о д е р ж а н и е р а б о т ы.

I. Проанализировав свой жизненный опыт и ежедневную практику, попробуйте составить максимально полный список потребляемых вашим организмом веществ (но не продуктов) и соответственно выделяемых из вашего организма веществ:

Потребляемые организмом вещества: Выделяемые из организма вещества.

1. 1.

2. 2.

и т.д. .........

Учитывая такое свойство живых систем, как единство химического состава, оставьте в списке потребляемых веществ только те, которые будут иметь отношение к обеспечению этого свойства. Эти вещества и являются физиологической основой обмена.

Не вошедшие в этот список вещества, будут являться либо компонентами внутренней среды, в которой осуществляется жизнедеятельность, либо молекулами регуляторами, обеспечивающими адекватность и направления обмена веществ в зависимости от условий внешней и внутренней среды.

Соответственно, и в списке выделяемых веществ оставьте только те, которые являются продуктами химических превращений веществ оставшихся в левой части списка, т.е. имеющих отношение к поддержанию единства химического состава. Эти вещества и будут являться продуктами обмена.

Вещества являющиеся продуктами физических процессов или продуктами жизнедеятельности из списка следует удалить.

Оформление протокола

1. Составьте окончательный список веществ, теперь уже продуктов обмена и попробуйте найти между ними соответствие (что из чего получилось или что во что превратилось), если такое соответствие на ваш взгляд имеется.

II. Для каждого вещества, являющегося участником обмена, из составленного вами списка, определите каким образом (через какую систему органов) поступает оно в организм и куда конкретно доставляется. Кроме того, укажите, как оно используется в процессах пластического и энергетического обмена.

По той же схеме опишите где и в результате какого процесса, образуется выделяемое вещество и как (через какую систему органов) удаляется из организма.

Оформление протокола.

1. Заполните таблицы:

Потребляемые вещества	Пути поступления	Место использования в процессе обмена веществ	Процесс обмена веществ, в котором используется

Удаляемые вещества	Процесс обмена веществ, в результате которого образуется	Место образования в процессе обмена веществ	Пути удаления

2. Установите соответствия между:

   • путями поступления веществ участвующих в обмене в организм и удаления из организма продуктов обмена;

   • местами конечного использования веществ участвующих в обменеи местами образования веществ – продуктов обмена;

   • физиологическими процессами, в которых используются поступающие в организм вещества участвующие в обмене и образуются вещества – продукты обмена;

III. Зная соответствия между потребляемыми и удаляемыми веществами, путями их поступления и удаления, местами использования, а самое главное, зная физиологические процессы в ходе которых и происходит обмен, попытайтесь проследить, хотя бы схематично основные пути обмена веществ в организме.

Оформление протокола.

1. Постройте схему основных потоков вещества в организме. По возможности подробно укажите в схеме места и процессы, в результате которых происходит превращение потребляемых веществ в выделяемые (обмен веществ).

2. Сделайте вывод о наличии в вашем организме процессов обмена веществ и их основных направлениях.

3. Являются ли ваши рассуждения доказательством наличия обмена веществ в вашем организме. Ответ обоснуйте