Принципы регуляции физиологических функций

ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИОЛОГИЮ

1. Предмет физиологии

2. Основные понятия физиологии

3. Принципы регуляции физиологических функций

Предмет физиологии

Физиология (от греч. physis - природа, logos – учение) – наука о закономерностях функционирования живых организмов, их отдельных систем, органов, тканей и клеток. Как теоретическая основа (философия) медицины, физиология стремится вскрыть механизмы регуляции и закономерности жизнедеятельности организма и взаимодействия его с окружающей средой.

Физиология является теоретической основой всех практических медицинских дисциплин, так как без знания нормального хода физиологических процессов и характеризующих их величин, врач не может лечить больного, пытаясь восстановить норму при развившейся патологии. Физиология завершает и интегрирует общебиологическую подготовку будущего врача и предваряет начало его клинической подготовки. (Вылечить – означает восстановить нарушенную функцию).

Задачей физиологии является не только установление факта, свидетельствующего о том, что происходит с той или иной функцией во время жизнедеятельности человека или животного, но, главное, выяснение с помощью каких механизмов реализуется функция, с какой целью обеспечивается данная функция в той или иной системе, органе, ткани или клетке. Речь идет, другими словами, об определении физиологического смысла функций или процессов и выяснении механизмов их регуляции. При этом уровни изучения физиологических процессов могут быть различными: организменный, системный, органный, тканевой, клеточный и субклеточный. В этих случаях соответственно изучаются функции целостного организма (поведение человека), функции отдельных систем (пищеварение, выделение), органов (печень, почки), тканей (мышечной, нервной, клеток (нейронов, лейкоцитов), а также ионные и молекулярные основы физиологических механизмов их функционирования.

Совокупность физиологических знаний подразделяют на ряд отдельных, но взаимосвязанных направлений.

В курсе «Нормальной физиологии», согласно единому государственному стандарту специальности «Лечебное дело», изучаются следующие разделы:

1. Физиология возбудимых тканей

2. Физиология нервной системы

3. Гуморальная регуляция физиологических функций

4. Физиология крови

5. Физиология кровообращения

6. Физиология дыхания

7. Физиология пищеварения

8. Физиология обмена веществ и энергии

9. Физиология выделения

10. Физиология репродуктивной системы

11. Физиология сенсорных систем

12. Физиология высшей нервной деятельности

13. Физиология адаптации

 

2. Основные понятия физиологии:

Функция – проявление строго специализированной деятельности органа или физиологической системы (например, функции желудочно-кишечного тракта – секреторная, моторная, инкреторная, всасывательная и др.). В основе функции лежит обмен веществ, энергии и информации.

Регуляция функций - это целенаправленное воздействие одной подсистемы на состояние другой подсистемы, при­водящее к изменениям, выгодным для системы в целом. В силу этого одна подсистема выступает как управляю­щая, вторая - как объект управления (рис). Например, при регуляции артериального давления управляющей сис­темой является нервная, а объектом управления - сердечно-сосудистая.

 

 

Между управляющей системой и объектом управления имеются каналы связи, которые бывают прямыми и обратными.

По каналу прямой связи передаются управляющие воздействия от управляющей системы к объекту управления для изме­нения состояния объекта управления таким образом, чтобы обеспечить приспособление системы к конкретной ситуации.

По каналу обратной связи передается информация к управляющей системе о состоянии объекта управления и о результате управляющего воздействия.

 

 

Обратная связь может быть отрицательной и положительной.

• Отрицательная обратная связь. Большинство контролирующих систем организма действует, используя принцип отрицательной обратной связи. Другими словами, результат действия отрицательно влияет на причину и способы, его вызвавшие. В этом случае один объект усиливает действие второго, а второй ослабляет деятельность первого и наоборот. В живых системах это имеет место при регуляции внутренней среды организма и таких жизненно важных параметров, как температура тела, артериальное давление и т.д. Например, под влиянием глюкагона (гормона поджелудочной железы) в крови возрастает содержание сахара (глюкозы). Повышенный уровень сахара усиливает выброс инсулина (гормона поджелудочной железы), под влиянием которого уровень глюкозы снижается.

Отрицательные обратные связи способствуют сохранению стабильности физиологических параметров внутренней среды при возмущающих воздействиях внешней среды, т.е. поддерживают гомеостаз. Обратная связь является основным механизмом саморегуляции гомеостаза функций ор­ганизма, его энергетического и вещественного баланса.

Вместе с тем действие отрицательной обратной связи может иметь и неблагоприятный для организма в целом эффект. Например, удерживая систему в стационарном состоянии, отрицательная обратная связь препятствует ее развитию.

Положительная обратная связь усиливает рассогласование в системе. Под рассогласованием понимается отклонение параметра управления от первоначально заданного значения. То есть положительная обратная связь уводит систему все дальше от исходного состояния. Рассогласование возникает, когда необходимо создать новый режим функционирования, например, в процессах роста, развития, стрессорной реакции и т.д.

 

Положительная обратная связь часто приводит систему в неустойчивое состояние, способствует формиро­ванию "порочных кругов, circulus vitiosus", лежащих в основе многих патологических про­цессов в организме. Таким примером положительной обратной связи в ор­ганизме человека может служить сердечная недостаточность, которая ухудшает кровоснабжение миокарда и еще более ослабляет его сокращения. Этот цикл по­вторяется снова и снова — пока не наступит смерть. Или эпилептический припадок, когда неболь­шое возбуждение одного из участков коры головного мозга ведет к резко­му увеличению возбудимости других участков, что приводит к возбуждению сенсорной и моторной сферы.

Регуляция осуществляется множеством механизмов управления, которые принято делить на нервные и гуморальные.

Нервная регуляция использует для передачи и переработки информации структуры нервной системы (нейроны). Информация передается в виде им­пульсов электрических потенциалов. Она обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов, без затухания и потери энер­гии обусловлена свойствами проводящих возбуждения структур, преиму­щественно состоянием их мембран.

Гуморальная регуляция представляет собой способ передачи регули­рующей информации к эффекторам через жидкую внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, цереброспинальную, тканевую и клеточную жидкость) с помощью молекул химических веществ, выделяемых клетками или специа­лизированными тканями и органами. Этот вид регуляции жизнедеятельности может обеспечивать как относительно автономный местный обмен информа­цией об особенностях метаболизма и функций клеток и тканей, так и сис­темный эфферентный канал информационной связи, находящейся в большей или меньшей зависимости от нервных процессов восприятия и переработки информации о состоянии внешней и внутренней среды.

При всем многообразии механизмов нервной и гуморальной регуляции в реальных живых системах они, как правило, не представлены в чистом виде, а являются частями единой нейро-гуморальной системы регуляции физиологичес­ких функций, деление которой на нервный и гуморальный компоненты весь­ма условно. Вместе с тем орга­низм является сложнейшей иерархически упорядоченной системой, и регуля­ция его деятельности носит системный характер, т.е. не определяется простой арифметической суммой составляющих его элементов, а проявляется перестройкой всей совокупности взаимоотноше­ний и взаимосвязей внутри системы. Очевидно, что механизмы реализации системного принципа регуляции весьма сложны и разнообразны, особенно принимая во внимание динамичность, то есть пос­тоянную изменчивость организации и функций живой системы.

Так, регуляция жизнедеятельности высших животных в условиях низкой температуры окружающей среды не может быть сведена только к нейрогуморальным реакциям поддержания температуры тела. Динамическая перестройка метаболизма и функций затрагивает все без исключения органы и физиологические систе­мы организма, меняется и характер питания, и образ жизни, и поведение. Изменения затрагивают не только биологическую, но и социальную сущ­ность живой системы. Сенсорные, двигательные и ассоциативные системы мозга в совокупности с центральными аппаратами регуляции висцеральных функций и эндокринной системой обеспечивают системность регуляции жиз­недеятельности с целью оптимального ее приспособления к условиям сре­ды.

Наиболее полно отразить регуляторные процессы в организме позволяет теория функциональных систем П.К.Анохина.

Функциональная система – это динамическое структурно-функциональное образование, работа всех элементов которого направлена на достижение полезного для организма в целом результата (рис).

Функциональная система включает:

1) нервные центры, позволяющие не только оценивать состояние внешней и внутренней среды организма, но и формировать, реализовывать и контролировать программу процессов регуляции;

2) полезный для организма приспособительный результат. Специальные рецепторы постоянно оценивают этот результат, направляя информацию в нервные центры по каналам обратной связи;

3) механизмы регуляции – гуморальные, вегетативные и поведенческие с обязательным участием в регуляторных процессах метаболических реакций.

Свойства функциональных систем:

1) динамичность – одни и те же органы и ткани входят в состав различных систем;

2) способность к саморегуляции – системы изменяют свою работу (распадаются) после достижения требуемого результата;

3) наличие обратной связи, которая обеспечивает регуляцию системы.

Таким образом, все, и нервные и гуморальные, механизмы управления жизнедеятельностью организма являются звеньями сложного целостного реагиро­вания, конечной целью которого является приспособление живой системы к среде обитания, т.е. адаптация.

Адаптация – процесс приспособления организма к меняющимся условиям среды – общеприродным и производственным, социальным. Адаптацией называют все виды врождённой и приобретённой приспособительной деятельности организмов с процессами на клеточном, органном, системном и организменному уровнях… Адаптация поддерживает постоянство внутренней среды организма, то есть гомеостаз.

Гомеостаз – совокупность скоординированных реакций организма, направленных на поддержание постоянства внутренней среды организма. Относится и к организму в целом (АД, базальная температура тела, ОЦК), и к межклеточному пространству (содержание в крови кислорода, углекислоты, глюкозы и др.), и к клеткам (объем клеток и их органоидов, концентрация ионов, макроэргических соединений и др.). Показатели гомеостаза м.б. жесткие и пластические. Жесткие константы могут колебаться лишь в очень узком пределе (например, рН 7,32-7,34), пластические способны изменяться в широких пределах (например, уровень глюкозы в крови колеблется в пределах 80-120 ммоль/л).

Физиологическая норма – это среднестатистический показатель параметров и характеристик жизнедеятельности здоровых людей, а также интервалы, в пределах которых они изменяются в соответствии с гомеостазом. Понятие физиологической нормы во многих случаях является условным.

Гомеостаз, согласно автору этого термина Уолтеру Кэннону, не предполагает чего-то установленного и непод­вижного, застывшего. Оно означает состояние, которое может меняться, но которое относительно постоянно. В связи с этим иногда понятие «гомеостаз» заменяют термином «гомеокинез».

Принципы регуляции физиологических функций

• Множественность регуляторных контуров. Одиночных регулирующих контуров в живых структурах не су­ществует, практически всегда имеются комплексы взаимодейству­ющих между собой механизмов внутри одиночной клет­ки, внутри органа или системы органов и на уровне организма. Например, инсулин понижает уровень глюкозы крови, в то время как адреналин и кортизол оказывают противоположный эффект.

• Избыточность гомеостатического регулирования зависит от важ­ности жизненного параметра. Чем более важен жизненный по­казатель, тем больше систем в организме используется для его регуляции. Конечным результатом деятельности многих гомеостатических систем, контролирующих жизненные показатели, является постоянство параметров внутренней среды организма. Например, стенка сонной артерии человека выдерживает давление до 20 атм, но даже при злокачественной гиперто­нии давление не бывает выше 0,4 атм.

• Иерархия. Среди различных регуляторных контуров наблюдается иерархичность. Например, гипоталамус контролирует эндокрин­ные функции клеток передней доли гипофиза, тропный гормон которой (АКТГ) в свою очередь контролирует функцию коры надпочечников, а выделяемый последней кортизол, принимает участие в поддержании (в дополнение к инсулину) уровня глю­козы в крови.

• Приоритеты. Поддержание постоянства внутренней среды — бо­лее важная задача, чем интересы клетки, группы клеток или от­дельного органа. Так, во время жары температура тела поддерживается за счёт усиленного потоотделения и потерь тепла с испаряющимся потом. Однако образование и выделение пота однозначно умень­шает объём крови. Поскольку для организма объём крови — бо­лее важный жизненный показатель, чем поддержание температу­ры тела, то в какой-то критический момент системы, регулирующие объём крови, сигнализируют контролирующим температуру тела системам о необходимости уменьшения потообразования. Если температура среды при этом не изменяется, то развивается «тепловой удар».

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО НОРМАЛЬНОЙ ФИЗИОЛОГИИ:

1. Физиология человека. Под ред. В.М.Покровского. 2003.

2. Орлов А.Д., Ноздрачев А.Д. Нормальная физиология.2007

3. Агаджанян Н.А. Основы физиологии человека. 2007.

4. Физиология. Под ред. К.В.Судакова. 2000.

5. Начала физиологии. Под. Ред. А.Д.Ноздрачева. М., 2002.

6. Основы физиологии человека. В 3 кн. Под ред. Б.И.Ткаченко.С-Пб, 1994.

7. Медицинская физиология.А.Гайтон, Д. Холл. 2008.