Організм і його фізіологічні функції

Оскільки предметом вивчення фізіології є функції організму і його складових частин, необхідно з'ясувати, що таке організм, клітини, тканини, органи і те, які існують фізіологічні функції.

Організм (гр. organon, лат. organismus) - це самостійно існуюча одиниця органічного світу, що являє собою відкриту систему, здатну до саморегуляції, самовідновлення і самовідтворення, і яка відповідає на різні зміни зовнішнього середовища як єдине ціле.

Спробуємо проаналізувати складові цього визначення. Організм самостійно існує, тобто живе, а основою життєдіяльності є обмін речовин. Розрізняють зовнішній обмін (поглинання і виведення у середовище речовин) і внутрішній обмін (хімічне перетворення речовин у клітинах). Організми можуть існувати тільки у нерозривному зв'язку з зовнішнім середовищем, до якого вони пристосовані. З ним вони обмінюються речовиною, енергією та інформацією. З точки зору термодинаміки такі системи називають відкритими.

Обмін речовин (метаболізм) - це закономірний порядок перетворення речовин і енергії у живих системах, який спрямований на їх збереження, самовідновлення і самовідтворення. Метаболізм включає два процеси, що взаємопов'язані і відбуваються водночас - асиміляцію (анаболізм) і дисиміляцію (катаболізм).

У ході катаболітичних реакцій розщеплюються великі органічні молекули до простих з вивільненням енергії, яка накопичується у макроергічних фосфатних зв'язках. При анаболітичних перетвореннях відбувається біосинтез складних, властивих даному організму, молекул з більш простих попередників. Отже, руйнуючи в процесі обміну органічні речовини зовнішнього середовища, тваринні організми синтезують нові речовини, в яких акумулюється вільна енергія (енергія, що здатна перетворюватись у роботу). Цей процес нагромадження вільної енергії дає змогу оберігати організм від руйнівного впливу середовища і зберігати його живий стан.

Для збереження живої системи необхідно, щоб у процесі метаболізму синтезувались не будь-які макромолекули, а тільки ті, які властиві конкретному організмові. Відбувається це за рахунок реплікації, тобто самовідтворення макромолекул нуклеїнових кислот. Після цього здійснюється точне копіювання і передача генетичної інформації, а значить самовідтворення живої системи.

З обміном речовин пов'язаний і процес самовідновлення клітинних структур і міжклітинної речовини, тобто безперервної заміни старих молекул новими. Встановлено, що у дорослих тварин половина всіх тканинних білків оновлюється за 3 місяці, білків печінки - за 2 тижні, білків крові - за один тиждень. У процесі старіння організму швидкість самовідновлення тканин уповільнується.

Тваринні організми є одноклітинні і багатоклітинні. В одноклітинному організмі (амеба, інфузорія та інші) існує надмолекулярний або клітиний рівень організації, при якому спостерігається розділення функцій між окремими органоїдами. Наприклад, рухова функція пов'язана звійками або джгутиком, граніт - зі спеціалізованими вакуолями і т.д. Проте всі фізіологічні функції протікають в одній клітині.

У багатоклітинних організмах виникають відмінності між клітинами за формою, розмірами, будовою і функціями. З однаково диференційованим клітин виникають тканини, які спеціалізовані для виконання окремих функцій: наприклад, м'язова - для здійснення рухових функцій. Спеціалізовані клітини тканин здійснюють ізагальні для всіх клітин функції: обмін речовин, живлення, дихання, виділення. Між клітинами, що утворюють тканину, відбувається взаємодія.

На певному етапі філогенезу і онтогенезу формуються органи, які складаються з різних тканин. Органи - це анатомічні утвори, що характеризуються структурним і функціональним поєднанням різних тканин. Сукупність органів, які беруть участь у здійсненні складних видів діяльносіі, називають системою органів (травна система, дихальна система, система кровообігу, видільна система, ендокринна система і т.д.).

Отже, у вищих тварин і людини можна виділити молекулярний, клітинний, тканинний, органний і системний рівні організації. Для пізнання функцій вищих організмів необхідне вивчення всіх рівнів їх організації, бо живий організм функціонує як єдине ціле, в якому діяльність усіх його структур узгоджена і підпорядкована цілому.

Як одноклітинний, так і багатоклітинний організми реагують на різні зміни зовнішнього середовища як єдине ціле. Особливо складні і багатоманітні реакції цілісного організму вищих тварин. Такі реакції не можуть бути зведені до суми реакцій окремих клітин, тканин і органів.

Фізіологічні функції - це прояви життєдіяльності, що носять пристосувальний характер. Здійснюючи різні функції, організм пристосовується до зовнішнього середовища.

Основним проявом життєдіяльності є обмін речовин і енергії, з яким пов'язані всі інші фізіологічні функції (ріст, розвиток, розмноження, живлення, травлення, дихання, кровообіг, виділення, секреція, збудження і його проведення, скорочення і рухомість, захист від інфекції і т.д.). Усі фізіологічні функції можна розділити па дві групи: пластичні (будівельні) і регуляторні. Перші лежать в основі клітинно-тканинних процесів, другі - забезпечують життєдіяльність органів і систем.

У результаті фізико-хімічних перетворень виконання функцій веде у клітинах до структурних змін. В одних випадках їх можна виявити за допомогою світлового мікроскопа, в інших - за допомогою електронного мікроскопа. Такі структурні зміни носять зворотний характер. Фізіологічні функції, які ґрунтуються на хімічних, фізичних і механічних змінах, не можна звести ні до однієї зних, оскільки фізіологічні функції є їх складною сукупністю і єдністю.

Біологічні реакції

Організм природно функціонує тільки тоді, коли знаходиться в оптимальних умовах зовнішнього середовища. Допустимі межі коливання зовнішнього середовища, які переносить організм вищих тварин, є ширші, ніж для його клітин. Причина в тім, що середовищем для клітин організму є його внутрішнє середовище, яке є менш мінливим, ніж зовнішнє середовище. До внутрішнього середовища належать кров, лімфа і тканинна рідина, що омиває клітини.

Живі організми перебувають під постійним впливом зовнішнього середовища. На зміну зовнішнього середовища організми здатні відповідати зміною структури і функції. Зміну структури і функції організму і його клітин у відповідь на різні впливи називають біологічними реакціями, а впливи, що їх спричиняють - подразниками, або стимулами.

Для живих організмів і їх клітин властива подразливість - здатність живих організмів і їх клітин відповідати на зміни у зовнішньому або внутрішньому середовищі адаптивними, або пристосувальними реакціями.

Реакції клітин можуть проявлятись у різній формі: зміні структури, росту, поділу, утворенні певних хімічних сполук, перетворенні хімічної енергії в електричну, механічну, теплову, виконанні роботи і т.д. Різноманітними є і поведінкові реакції цілісного організму.

Подразником живої клітини або цілісного організму може бути будь-яка зміна зовнішнього середовища або внутрішнього стану, якщо вона значна, виникає швидко і триває досить довго. Отже, чинники, що спричиняють перехід живого з стану спокою в стан діяльності, називають подразниками. Вони можуть бути зовнішніми, коли їх джерело знаходиться у зовнішньому середовищі, і внутрішніми, що виникають унаслідок зміни у тканинах, особливо у крові і міжклітинній рідині.

Усі подразники можна розділити за їх природою на фізичні, фізико-хімічні, хімічні і біологічні. До фізичних належать: температурні, механічні (удар, укол, тиск, прискорення і ін.), електричні, світлові, звукові, випромінювання (радіоактивні, ультрафіолетові та ін.). Фізико-хімічними подразниками є зміни осмотичного тиску, рН, електролітного складу, колоїдного стану. Хімічним подразником може бути будь-яка речовина, здатна змінювати обмін речовин або структуру клітин. Хімічні подразники надходять ззовні (з їжею, ліками, отрутами), а також утворюються в організмі (гормони, медіатори), До біологічних подразників належать тварини, рослини, бактерії і віруси, що діють на поверхню високоорганізованих тварин або проникають у їхній організм.

Подразниками служать і нервові імпульси (потенціали дії), які переводять клітини у діяльний стан. За механізмами генерації і активації і внутрішньоклітинних процесів їх слід розглядати як фізико-хімімпі подразники

Весь комплекс подразників можна розділити на дві і рупи:адекватні і неадекватні. Адекватний подразник є природним для певного виду клітин, які спеціально пристосовані до його сприймання і характеризуються надзвичайно високою до нього чутливістю. Наприклад, адекватним помри шипом для фоторецепторів ока є промені світла, звуку для слухових рецепторів, пахучі речовини для нюхових рецепторів, тиск для тактильних рецепторів, нервовий імпульс дня скелетних м'язів.

Неадекватним називають такий подразник, до сприймання якого клітина спеціально не пристосувалась. Так, скелетний м'яз скорочується у відповідь на дію кислоти або лугу, розтягування, механічною удпру. швидкого нагрівання і т.д., які і будуть неадекватними подразниками. Клітини більш чутливі до адекватних подразників, ніж до неадекватних. Оскільки нервовий імпульс має електричну природу, електричний струм слід розцінювати як адекватний подразник для нервових, м'язових і залозистих клітин.

Подразники через рецептори або безпосередньо діють на рипі компоненти клітини: плазматичну мембрану, внутрішньоклітинні мембрани, скоротливий апарат клітин, ферменти, процеси транскрипції і трансляції більшість чиників діє безпосередньо на плазматичну мембрану, яка несе річницю потенціалів і служить апаратом подразнення клітин. Тому провідною реакцією клітини електрична.

Серед багатьох форм клітинних реакцій на зовнішні пилини розрізняють збудження. Збудженням клітини називають її реакцію на подразнення, що проявляється в особливо виразній зовнішній діяльності: генерації потенціалу дії, скороченні, виведенні секрету. Таке трактування збудження називається загально-біологічним, а в спеціальній літературі скорочення і виведення секрету розглядають як наслідок збудження.

Клітини, здатні до збудження, називають збудливими. О.Н.Ноздрачов (1991) відносить до збудливих клітин нервові, м'язові, секреторні, чутливі нервові закінчення і рецептори. Збудливість усіх цих типів клітин забезпечують реактивність високоорганізованих організмів. Деякі автори (Р.Шмидт, 1988) до збудливих відносять тільки ті клітини, в яких можна викликати потенціали дії. Тому тільки нервові і м'язові клітини слід вважати збудливими. Рецепторні клітини, не всі секреторні клітини, а також тонічні м'язові волокна не генеруючі, потенціали дії.

У спеціальній літературі розрізняють електрично збудливі і електрично незбудливі мембрани. Якщо мембрана змінює свою провідність у відповідь на електричний імпульс, то її відносять до електрично збудливих. Така мембрана містить потенціалозалежні іонні канали, провідність яких залежить від величини мембранного потенціалу.

Здатність збудливих клітин відповідати на подразнення збудженням називають збудливістю. Мірою збудливості служить мінімальна, або порогова сила подразника, що спричиняє збудження. Чим більша мінімальна сила подразника, тим вищий поріг подразнення й нижча збудливість. Чим нижчий поріг, тим вища збудливість. Особливо висока збудливість клітин відносно адекватних подразників.