1. Гомеостаз
У большинства многоклеточных клетки находятся во внутренней среде, которая может регулироваться, обеспечивая более подходящие условия для функционирования клеток. Внутренняя среда организма образована совокупностью жидкостей – это кровь, лимфа, тканевая жидкости. Регуляция в организмах может существовать на уровне клеток и тканей, всего организма.
Гомеостаз – относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Последний, характеризуется рядом биологических констант, таких, например, как осмотическое и артериальное давление, температура тела, концентрация сахаров в крови, активная реакция крови и др.
Основные параметры характеризующие гомеостаз на уровне систем органов:
Частота и глубина дыхания регулируются импульсами от хеморецепторов, возникающими в ответ на изменение содержания кислорода и углекислого газа в крови. Эти импульсы поступают в дыхательные центры головного мозга, которые, в свою очередь, изменяют частоту нервных импульсов, идущих к диафрагме и межрёберным мышцам. Высшие центры головного мозга также могут контролировать дыхательные движения, усиливая или подавляя активность дыхательных центров, например, при разговоре, чихании, преднамеренной задержке дыхания.
Усиленное или ослабленное сердцебиение (тахикардия и брахикрадия, соответственно) изменяет состав тканевой жидкости. Восстановление нормального сердечного ритма производится при помощи нервной системы, воздействующей на синоатриальный узел.
Уровень глюкозы в крови. Глюкоза является главным субстратом тканевого дыхания и должна непрерывно поступать в клетки (особенно в клетки головного мозга) для синтеза АТФ. Её недостаток вызывает потерю сознания. Избыток глюкозы откладывается в виде гликогена в мышцах и печени. Уровень глюкозы в крови регулируется гормонами глюкагоном и инсулином.
Температура тела. Человек способен поддерживать постоянную температуру независимо от окружающей среды, за счёт внутренних источников тепла. Температура может регулироваться как через поверхность тела, так и благодаря внутренним резервам тепла. «Регуляторным центром» температуры является гипоталамус. Он следит за температурой крови, а благодаря 150 000 холодовых и 16 000 тепловых рецепторов, разбросанных по коже, – и за внешней температурой. Можно сказать, что гипоталамус является термостатом, поддерживающим постоянную температуру тела.
Одним из важнейших регуляторов в теле человека является печень. Двойное кровоснабжение и большая масса дают возможность находиться в печени ежесекундно около 20 % всей крови. Благодаря этому печень может хранить в себе питательные и минеральные вещества, синтезировать различные вещества, а также расщеплять отходы жизнедеятельности перед экскрецией. Всего насчитывают несколько сотен различных функций печени.
Обмен веществ в организме
Человек является звеном круговорота веществ и энергии в биосфере, так как использует в пищу растительные и животные продукты и выделяет во внешнюю среду органические материалы, которые с помощью микроорганизмов-минерализаторов превращаются в форму, легко усвояемую растениями (диоксид углерода, вода и др.). Поступление веществ в организм обеспечивает дыхательная и пищеварительная системы. Для поддержания стационарного состояния организма необходимо, чтобы его энергозатраты покрывались поступлением пищевых веществ с эквивалентной энергетической емкостью.
Общий обмен – включает основной обмен плюс энергию, затрачиваемую на выполнение различных видов активной работы (движение, физическая и умственная деятельность и т.д.).
Основной обмен – сумма энергетических затрат, идущих на покрытие жизненно важных процессов (работы сердца, дыхательной мускулатуры, деятельности пищеварительных органов, генерации нервных импульсов, поддержание постоянной температуры тела и др.) в состоянии физиологического покоя. Величина основного обмена составляет приблизительно 6550-7550 кДж/сут, т.е. 5 кДж/кг/ч.
Энергетическая (калорическая) ценность пищи определяется по количеству тепловой энергии, высвобождающейся при полном окислении 1 г органического материала. Энергетическая ценность углеводов и белков одинакова и составляет 4,1 ккал (17,18 кДж), а жиров – 9,3 ккал (38,96 кДж).
Обмен веществ и энергии внутри организма и между организмом и окружающей средой находится под контролем нервной и эндокринной систем.
Среди нервных механизмов регуляции метаболизма ведущая роль принадлежит вегетативному отделу нервной системы, и в первую очередь ее высшему подкорковому звену – гипоталамической области промежуточного мозга.
Основные понятия о ВНД
Высшая нервная деятельность (ВНД) – комплекс нервных процессов, протекающих в высших отделах ЦНС, обеспечивающих наиболее совершенное приспособление животных и человека к окружающей среде.
Впервые объяснение высшей нервной деятельности человека дал Иван Михайлович Сеченов (1866). Он доказал, что все акты сознательной и бессознательной деятельности являются рефлекторными. И.П. Павлов (1904) развил идеи И.М. Сеченова экспериментально.
Рефлекс – реакция организма на внешнее или внутреннее воздействие (раздражение), осуществляемая центральной нервной системой. Реализация рефлексов обеспечивается нервными клетками, формирующими рефлекторную дугу – путь, по которому проходят нервные импульсы от рецептора к рабочему органу. В состав рефлекторной дуги входят: рецептор, афферентная (центростремительная) часть, центральное звено (нервный центр), эфферентная (центробежная) часть, исполнительный орган (мышца, железа).
По механизму выработки рефлексы делят на условные и безусловные. Учение о безусловных и условных рефлексах было создано И.П. Павловым.
Безусловные рефлексы – врожденные реакции организма. Они сформировались и закрепились в процессе эволюции и передаются по наследству. Безусловные рефлексы обеспечивают организму поддержание жизнедеятельности в относительно постоянных условиях существования. Основные безусловные рефлексы: пищевые (жевание, сосание, глотание, отделение слюны, желудочного сока и др.), защитные (отдергивание руки от горячего предмета, кашель, чихание, мигание), половые, ориентировочные и др.
Условные рефлексы – приобретенные реакции организма. Они вырабатываются, закрепляются и могут угасать в течение жизни; не передаются по наследству. Они вырабатываются на базе безусловных. Примером формирования условнорефлекторной реакции может быть сочетание звукового раздражителя (например, звонка) с кормлением животного. После ряда повторений такого сочетания у животного будет наблюдаться слюноотделение, возникающее при звуке звонка даже при отсутствии предъявления пищи.
К основным условиям формирования условных рефлексов относятся:
1. повторное сочетание ранее индифферентного (нейтрального) раздражителя (звукового, светового, тактильного и т.д.) с действием подкрепляющего безусловного (или хорошо выработанного условного) раздражителя;
2. незначительное предшествование по времени индифферентного раздражителя по отношению к подкрепляющему стимулу;
3. достаточная возбудимость безусловной реакции (деятельное состояние коры головного мозга);
4. отсутствие постороннего раздражения или другой деятельности во время выработки рефлекса.
Для обеспечения адекватного поведения требуется не только способность к образованию условных рефлексов, но и возможность устранять условнорефлекторные реакции, необходимость в которых отпала. Это обеспечивается процессами торможения.
Торможение условных рефлексов может быть
безусловным (внешним и запредельным) Внешнее торможение происходит, если в момент действия условного сигнала начинает действовать посторонний раздражитель. Запредельное торможение наблюдается, когда интенсивность условного сигнала превышает определенный предел.
условным (внутренним). Внутреннее торможение проявляется в угасании условного рефлекса с течением времени, если он не подкрепляется действием безусловных рефлексов (т.е. если условия его выработки не повторяются).
Выработка и торможение условных рефлексов обеспечивает более тонкую адаптацию организма к окружающей среде, позволяет оптимизировать поведение в ответ на изменения внешней среды.
