У простейших одноклеточных животных одна единственная клетка осуществляет разнообразные функции. Усложнение же деятельности организма в процессе эволюции привело к разделению функций различных клеток - их специализации. Для управления такими сложными многоклеточными системами уже было недостаточно древнего способа-переноса регулирующих жизнедеятельность веществ жидкими средами организма.
Регуляция различных функций у высокоорганизованных животных и человека осуществляется двумя путями: гуморальным (лат. гумор -жидкость) - через кровь, лимфу и тканевую жидкость и нервны м.
Возможности гуморальной регуляции функций ограничены тем, что она действует сравнительно медленно и не может обеспечить срочных ответов организма (быстрых движений, мгновенной реакции на экстренные раздражители). Кроме того, гуморальным путем происходит широкое вовлечение различных органов и тканей в реакцию (по принципу «Всем, всем, всем!»). В отличие от этого, с помощью нервной системы возможно быстрое и точное управление различными отделами целостного организма, доставка сообщений точному адресату. Оба эти механизма тесно связаны, однако ведущую роль в регуляции функций играет нервная система.
В регуляции функционального состояния органов и тканей принимают участие особые вещества - нейропептиды, выделяемые
железой внутренней секреции гипофизом и нервными клетками спинного и головного мозга. В настоящее время известно около сотни подобных веществ, которые являются осколками белков и, не вызывая сами возбуждения клеток, могут заметно изменять их функциональное состояние. Они влияют на сон, процессы обучения и памяти, на мышечный тонус (в частности, на позную асимметрию), вызывают обездвижение или обширные судороги мышц, обладают обезболивающим и наркотическим эффектом. Оказалось, что концентрация нейропептидов в плазме крови у спортсменов может превышать средний уровень у нетренированных лиц в 6-8 раз, повышая эффективность соревновательной деятельности. В условиях чрезмерных тренировочных занятий происходит истощение нейропептидов и срыв адаптации спортсмена к физическим нагрузкам.
РЕФЛЕКТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
В деятельности нервной системы основным является рефлекторный механизм. Рефлекс - это ответная реакция организма на внешнее раздражение, осуществляемая с участием нервной системы.
Нервный путь рефлекса называется рефлекторной дугой. В состав рефлекторной дуги входят: 1) воспринимающее образование - рецептор, 2) чувствительный или афферентный нейрон, связывающий рецепторе нервными центрами, 3) промежуточные (или вставочные) нейроны нервных центров, 4) эфферентный нейрон, связывающий нервные центры с периферией, 5) рабочий орган, отвечающий на раздражение - мышца или железа.
Наиболее простые рефлекторные дуги включают всего две нервные клетки, однако множество рефлекторных дуг в организме состоят из значительного количества разнообразных нейронов, расположенных в различных отделах центральной нервной системы. Выполняя ответные реакции, нервные центры посылают команды к рабочему органу (например, скелетной мышце) через эфферентные пути, которые выполняют роль так называемых к а н а л о в прямой связи. В свою очередь, в ходе осуществления рефлекторного ответа или после него рецепторы, находящиеся в рабочем органе, и другие рецепторы тела посылают в центральную нервную систему информацию о результате действия. Афферентные пути этих сообщений - каналы обратной связи. Полученная информация используется нервными центрами для управления дальнейшими действиями, т. е. прекращением рефлекторной реакции, ее продолжением или изменением. Следовательно, основу
целостной рефлекторной деятельности составляет не отдельная рефлекторная дуга, а замкнутое рефлекторное кольцо, образованное прямыми и обратными связями нервных центров с периферией.
ГОМЕОСТАЗ
Внутренняя среда организма, в которой живут все его клетки, - это кровь, лимфа, межтканевая жидкость. Ее характеризует относительное постоянство - гомеостаз различных показателей, так как любые ее изменения приводят к нарушению функций клеток и тканей организма, особенно высокоспециализированных клеток центральной нервной системы. К таким постоянным показателям гомеостаза относятся температура внутренних отделов тела, сохраняемая в пределах 36-37° С, кислотно-основное равновесие крови, характеризуемое величиной рН = 7.4-7.35, осмотическое давление крови (7.6-7.8 атм.), концентрация гемоглобина в крови - 130-160 г. ּлֿ¹ и др.
Гомеостаз представляет собой не статическое явление, а динамическое равновесие. Способность сохранять гомеостаз в условиях постоянного обмена веществ и значительных колебаний факторов внешней среды обеспечивается комплексом регуляторных функций организма. Эти регуляторные процессы поддержания динамического равновесия получили название гомеокинеза.
Степень сдвига показателей гомеостаза при существенных колебаниях условий внешней среды или при тяжелой работе у большинства людей очень невелика. Например, длительное изменение рН крови всего на 0.1 -0.2 может привести к смертельному исходу. Однако, в общей популяции имеются отдельные индивиды, обладающие способностью переносить гораздо большие сдвиги показателей внутренней среды. У высококвалифицированных спортсменов-бегунов в результате большого поступления молочной кислоты из скелетных мышц в кровь во время бега на средние и длинные дистанции рН крови может снижаться до величин 7.0 и даже 6.9. Лишь несколько человек в мире оказались способными подняться на высоту порядка 8800 м над уровнем моря (на вершину Эвереста) без кислородного прибора, т. е. существовать и двигаться в условиях крайнего недостатка кислорода в воздухе и, соответственно, в тканях организма. Эта способность определяется врожденными особенностями человека - так называемой его генетической нормой реакции, которая даже для достаточно постоянных функциональных показателей организма имеет широкие индивидуальные различия.
2.5. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ЕГО ПРОВЕДЕНИЕ 2.5.1. МЕМБРАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
Мембрана клетки состоит из двойного слоя молекул липидов, повернутых «головками» наружу, а «хвостами» друг к другу. Между ними свободно плавают глыбы белковых молекул. Некоторые из них пронизывают мембрану насквозь. В части таких белков имеются, особые поры или ионные каналы, через которые могут проходить ионы, участвующие в образовании мембранных потенциалов (рис. I -А).
В возникновении и поддержании мембранного потенциала покоя основную роль играют два специальных белка. Один из них выполняет роль особогонатрий- калиевого насоса, который за счет энергии АТФ активно перекачивает натрий из клетки наружу, а калий внутрь клетки. В результате концентрация ионов калия становится внутри клетки выше, чем в омывающей клетку жидкости, а ионов натрия - выше снаружи.
Рис. 1. Мембрана возбудимых клеток в покое (А) и при возбуждении (Б).
(По: Б.Альберте и др., 1986)
а - двойной слой липидов, б - белки мембраны.
На А: каналы «утечки калия» (1), «натрий-калиевый насос» (2)
и закрытый в покое натриевый канал (3).
На Б: открытый при возбуждении натриевый канал (1), вхождение ионов натрия в клетку и смена зарядов на наружной и внутренней стороне
мембраны.
Второй белок служит каналом утечки калия, через который ионы калия в силу диффузии стремятся выйти из клетки, где они содержатся в избытке. Ионы калия, выходя из клетки, создают положительный заряд на наружной поверхности мембраны. В результате внутренняя поверхность мембраны оказывается заряженной отрицательно по отношению к наружной. Таким образом, мембрана в состоянии покоя поляризована, т. е. имеется определенная разность потенциалов по обе стороны мембраны, называемая потенциалом покоя. Она равна для нейрона примерно минус 70 м В, для мышечного волокна - минус 90 мВ. Измеряют мембранный потенциал покоя, вводя тонкий кончик микроэлектрода внутрь клетки, а второй электрод помещая в окружающую жидкость. В момент прокола мембраны и вхождения микроэлектрода внутрь клетки на экране осциллографа наблюдают смещение луча, пропорциональное величине потенциала покоя.
В основе возбуждения нервных и мышечных клеток лежит повышение проницаемости мембраны для ионов натрия - открывание натриевых каналов. Внешнее раздражение вызывает перемещение заряженных частиц внутри мембраны и уменьшение исходной разности потенциалов по обе стороны или деполяризацию мембраны. Небольшие величины деполяризации приводят к открыванию части натриевых каналов и незначительному проникновению натрия внутрь клетки. Эти реакции являются подпороговыми и вызывают л и ш ь местные (локальные) изменения.
При увеличении раздражения изменения мембранного потенциала достигают порога возбудимости или критического уровня деполяризации - около 20 мВ, при этом величина потенциала покоя снижается примерно до минус 50 мВ. В результате открывается значительная часть натриевых каналов. Происходит лавинообразное вхождение ионов натрия внутрь клетки, вызывающее резкое изменение мембранного потенциала, которое регистрируется в виде потенциала действия. Внутренняя сторона мембраны в месте возбуждения оказывается заряженной положительно, а внешняя - отрицательно (рис. 1 -Б).
Весь этот процесс чрезвычайно кратковременный. Он занимает всего около
1-2 мс, после чего ворота натриевых каналов закрываются. К этому моменту достигает большой величины медленно нараставшая при возбуждении проницаемость для ионов калия. Выходящие из клетки ионы калия вызывают быстрое снижение потенциала действия. Однако окончательное восстановление исходного заряда продолжается еще некоторое время. В связи с этим в потенциале действия различают кратковременную высоковольтную часть - пик (или с п а й к) и длительные малые колебания - следовые потенциалы. Потенциалы действия мотонейронов имеют амплитуду пика около
100 мВ и длительность около 1.5 мс, в скелетных мышцах - амплитуда потенциала действия 120-130 мВ, адлительность2-3 мс.
В процессе восстановления после потенциалайействия работа натрий-калиевого насоса обеспечивает «откачку» излишних ионов натрия наружу и «накачивание» потерянных ионов калия внутрь, т. е. возвращение к исходной асимметрии их концентрации по обе стороны мембраны. На работу этого механизма тратится около 70% всей необходимой клетке энергии.
Возникновение возбуждения (потенциаладействия) возможно лишь при сохранении достаточного количества ионов натрия в окружающей клетку среде. Большие потери натрия организмом (например, с потом при длительной мышечной работе в условиях высокой температуры воздуха) могут нарушить нормальную деятельность нервных и мышечных клеток, снизив работоспособность человека. В условиях кислородного голодания тканей (например, при наличии большого кислородного долга во время мышечной работы) процесс возбуждения также нарушается из-за поражения (инактивации) механизма вхождения в клетку ионов натрия, и клетка становится невозбудимой. На процесс инактивации натриевого механизма влияет концентрация ионов Са в крови. При повышении содержания Са снижается клеточная возбудимость, а при дефиците Са возбудимость повышается, и появляются непроизвольные мышечные судороги.
Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов, которые в виде нервных импульсов по соответствующим нервным проводникам поступают к определенному адресату - объекту регуляции. Быстрая передача сигналов (до 80-120 м/с) без затухания и потери энергии обусловлена свойствами проводящих возбуждение структур, преимущественно состоянием их мембран. Нервной регуляции подлежат как соматические (деятельность скелетной мускулатуры), так и вегетативные (деятельность внутренних органов) функции. Это универсальное значение нервной регуляции жизнедеятельности и физиологических функций было положено в основу концепции нервизма, рассматривающей целостность организма как результат деятельности нервной системы. Однако абсолютизация этой концепции до теории физиологии не оставляет места для многообразия уровней и связей в системе регуляции жизнедеятельности механизмов интеграции функций. Элементарный и основной принцип нервной регуляции – рефлекс. Рефлекс - это ответная реакция организма на раздражение рецепторов, осуществляемая при участии ЦНС.
В механизме нервной регуляции функций различают 2 вида рефлексов: безусловные, которые являются врожденными, и условные, приобретенные в течении жизни индивидуума.
От гуморального пути он отличается тем, что а) сигналы распространяются по нервным волокнам с большой скоростью – от 0,5 до 80-100м/с, б) импульсы поступают строго к определенным органам или его частям
Несмотря на указанные различия в скорости и локальности воздействия, обе системы регуляции взаимосвязаны друг с другом. Многие гормоны влияют на деятельность нервной системы, а нервная система, в свою очередь, оказывает регулирующее действие на протекание всех процессов в организме, в том числе и на гуморальные. В результате создается единый скоординированный механизмнервно-гуморальной регуляции функций организма человека при ведущей роли нервной системы. Эта регуляция осуществляется автоматически по принципу саморегуляции, что обеспечивает поддержание относительного постоянства внутренней среды организма. Например, норадреналин является медиатором постганглионарных волокон симпатических нервов и гормоном мозгового вещества надпочечников.
Виды иммунного ответа
Как уже говорилось выше, иммунный ответ представляет собой реакцию организма на внедрение в него микробов или различных ядов. В целом, любое вещество, чья структура отличается от структуры тканей человека способно вызвать иммунный ответ. Исходя из механизмов, задействованных в его реализации, иммунный ответ может быть различным.
Во-первых, различаем специфический и неспецифический иммунный ответ.
Неспецифический иммунный ответ - это первый этап борьбы с инфекцией он запускается сразу же после попадания микроба в наш организм. В его реализации задействованы система комплимента, лизоцим, тканевые макрофаги. Неспецифический иммунный ответ практически одинаков для всех типов микробов и подразумевает первичное разрушение микроба и формирование очага воспаления. Воспалительная реакция это универсальный защитный процесс, который направлен на предотвращение распространения микроба. Неспецифический иммунитет определяет общую сопротивляемость организма. Люди с ослабленным иммунитетом чаще болеют различными заболеваниями.
Специфический иммунитет это вторая фаза защитной реакции организма. Основной характеристикой специфического иммунного ответа является распознавание микроба и выработка факторов защиты направленных специально против него. Процессы неспецифического и специфического иммунного ответа пересекаются и во многом дополняют друг друга. Во время неспецифического иммунного ответа часть микробов разрушается, а их части выставляются на поверхности клеток (например, макрофагов). Во второй фазе иммунного ответа клетки иммунной системы (лимфоциты) распознают части микробов, выставленные на мембране других клеток, и запускают специфический иммунный ответ как таковой. Специфический иммунный ответ может быть двух типов: клеточный и гуморальный.
Физиологической регуляцией называется управление функциями организма с целью его приспособления к условиям внешней среды. Регуляция функций организма является основой обеспечения постоянства внутренней среды организма и его адаптации к изменяющимся условиям существования и осуществляется по принципу саморегуляции путем формирования функциональных систем. Функцией систем и организма в целом называется деятельность, направленная на сохранение целостности и свойств системы. Функции характеризуются количественно и качественно. Основой физиологической регуляции является передача и обработка информации. Под термином "информация" понимается любое сообщение о фактах и событиях, происходящих в окружающей среде и организме человека. 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 исполнения - органы и системы органов, изменение деятельности которых в соответствии с регуляторными влияниями приводит 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. Таким образом регуляция функций осуществляется системой, которая состоит из отдельных элементов: управляющего устройства (ЦНС, эндокринная клетка), каналов связи (нервы, жидкая внутренняя среда), датчиков, воспринимающих действие факторов внешней и внутренней среды (рецепторы), структур, воспринимающих информацию выходных каналов (рецепторы клеток) и исполнительных органов.
Система регуляции в организме представляет трехуровневую структуру. Первый уровень регуляции состоит из относительно автономных локальных систем, поддерживающих константы. Второй уровень системы регуляции обеспечивает приспособительные реакции в связи с изменениями внутренней среды, на этом уровне обеспечивается оптимальный режим работы физиологических систем для адаптации организма к внешней среде. Третий уровень регуляции реализуется поведенческими реакциями организма и обеспечивает оптимизацию его жизнедеятельности.
Различают четыре вида регуляции: механическую, гуморальную, нервную, нервно-гуморальную.
Физическая (механическая) регуляция реализуется через механические, электрические, оптические, звуковые, электромагнитные, тепловые и другие процессы (например, заполнение дополнительным объемом крови полостей сердца приводит к большей степени растяжения их стенок и к более сильному сокращению миокарда). Наиболее надежными механизмами регуляции являются местные. Они реализуются путем физико-химического взаимодействия структур органа. Например, в работающей мышце в результате выделения миоцитами химических метаболитов и тепла происходит расширение кровеносных сосудов, что сопровождается возрастанием объемной скорости кровотока и увеличением снабжения миоцитов питательными веществами и кислородом. Местная регуляция может осуществляться с помощью биологически активных веществ (гистамин), тканевых гормонов (простагландины).
Гуморальная регуляция осуществляется через жидкие среды организма (кровь (гумор), лимфу, межклеточную, цереброспинальную жидкости) с помощью различных биологически активных веществ, которые выделяются специализированными клетками, тканями или органами. Этот вид регуляции может осуществляться на уровне структур органа - местная саморегуляция, или обеспечивать генерализованные эффекты через систему гормональной регуляции. В кровь поступают химические вещества, образующиеся в специализированных тканях и обладающих специфическими функциями. Среди этих веществ различают: метаболиты, медиаторы, гормоны. Они могут действовать местно или дистантно. Например, продукты гидролиза АТФ, концентрация которых возрастает при повышении функциональной активности клеток, вызывают расширение кровеносных сосудов и улучшают трофику этих клеток. Особенно важную роль играют гормоны- продукты секреции специальных, эндокринных органов. К железам внутренней секреции относят: гипофиз, щитовидную и околощитовидные железы, островковый аппарат поджелудочной железы, кору и мозговое вещество надпочечников, половые железы, плаценту и эпифиз. Гормоны влияют на обмен веществ, стимулируют морфообразовательные процессы, дифференцировку, рост, метаморфоз клеток, включают определенную деятельность исполнительных органов, изменяют интенсивность деятельности исполнительных органов и тканей. Гуморальный путь регуляции действует относительно медленно, скорость ответной реакции зависит от скорости образования и секреции гормона, его проникновения в лимфу и кровь, скорости кровотока. Локальное действие гормона определяется наличием к нему специфического рецептора. Длительность действия гормона зависит от скорости его разрушения в организме. В различных клетках организма, в том числе и мозге, образуются нейропептиды, которые действуют на поведение организма, целый ряд различных функций и регулируют секрецию гормонов.
Нервная регуляция осуществляется посредством нервной системы, базируется на переработке информации нейронами и передаче ее по нервам. Имеет следующие особенности:
Большую скорость развития действия;
Точность связи;
Высокую специфичность - в реакции участвует строго определенное количество компонентов, необходимых в данный момент.
Нервная регуляция осуществляется быстро, с направленностью сигнала к определенному адресату. Передача информации (потенциалов действия нейронов) осуществляется со скоростью до 80-120 м/с без снижения амплитуды и потери энергии. Нервной регуляции подлежат соматические и вегетативные функции организма. Основной принцип нервной регуляции - рефлекс. Нервный механизм регуляции филогенетически возник позднее местного и гуморального и обеспечивает высокую точность, скорость и надежность ответной реакции. Он является наиболее совершенным механизмом регуляции.
Нервно-гуморальная корреляция. В процессе эволюции произошло объединение нервного и гуморального видов корреляций в нервно-гуморальную форму, когда экстренное вовлечение в процесс действия органов путем нервной корреляции дополняется и пролонгируется гуморальными факторами.
Нервная и гуморальная корреляции играют ведущую роль в объединении (интеграции) составных частей (компонентов) организма в единое целоеорганизм. При этом они как бы дополняют друг друга своими особенностями. Гуморальная связь имеет генерализованный характер. Она одновременно реализуется во всем организме. Нервная связь имеет направленный характер, она наиболее избирательна и реализуется в каждом конкретном случае преимущественно на уровне определенных компонентов организма.
Креаторные связи обеспечивают обмен между клетками макромолекулами, которые способны оказать регуляторное влияние на процессы метаболизма, дифференцировки, роста, развития, функционирования клеток, тканей. Через креаторные связи осуществляется влияние кейлонов - белков, подавляющих синтез нуклеиновых кислот и деление клеток.
Метаболиты по механизму обратной связи оказывают влияние на внутриклеточный обмен и функции клеток и на функционирование рядом расположенных структур. Например, при интенсивной мышечной работе молочная и пировиноградная кислоты, образующиеся в мышечной клетке в условиях дефицита кислорода, ведут к расширению микрососудов мышцы, к увеличению притока крови, питательных веществ и кислорода, что улучшает питание мышечных клеток. Одновременно они стимулируют метаболические пути их использования, снижают сократительную способность мышцы.
Нейроэндокринная система обеспечивает соответствие метаболических, физических функций и поведенческих реакций организма условиям внешней среды, поддерживает процессы дифференциации, роста, развития, регенерации клеток; в целом способствуют сохранению и развитию как индивидуума, так и биологического вида в целом. Двойная (нервная и эндокринная) регуляция обеспечивает через механизм дублирования надёжность регуляции, высокую скорость ответа через нервную систему и длительность ответа во времени через выделение гормонов. Филогенетически наиболее древние гормоны вырабатываются нервными клетками, химический сигнал и нервный импульс часто взаимопревращаемы. Гормоны, будучи нейромодуляторами, оказывают влияние на эффекты в ЦНС многих медиаторов (гастрин, холецистокинин, ВИП, ГИП, нейротензин, бомбезин, субстанция Р, опиомеланокортины - АКТГ, бета-, гамма-липотропины, альфа-, бета-, гамма-эндорфины, пролактин, соматотропин). Описаны гормон продуцирующие нейроны.
В основе нервной и гуморальной регуляции лежит принцип кольцевой связи, который в биологических системах был приоритетно показан советским физиологом П.К.Анохиным. Положительные и отрицательные обратные связи обеспечивают оптимальный уровень функционирования - усиление слабых ответов и ограничение сверхсильных.
Деление механизмов регуляции на нервные и гуморальные является условным. В организме эти механизмы неразделимы.
1) Информация о состоянии внешней и внутренней среды, как правило, воспринимается элементами нервной системы, и после обработки в нейронах в качестве исполнительных органов могут использоваться как нервный, так и гуморальный путь регуляции.
2) Деятельность желез внутренней секреции управляется нервной системой. В свою очередь, метаболизм, развитие и дифференцировка нейронов осуществляется под влиянием гормонов.
3) Потенциалы действия в местах контакта нейрона и рабочей клетки вызывают секрецию медиатора, который через гуморальное звено изменяет функцию клетки. Таким образом, в организме существует единая нейрогуморальная регуляция с приоритетным значением нервной системы. Организм на действие каждого раздражителя отвечает сложной биологической реакцией как единое целое. Это достигается взаимодействием всех систем, тканей и клеток организма. Взаимодействие обеспечивается местными, гуморальными и нервными механизмами регуляции
Нервная система человека делится на центральную (головной и спинной мозг) и периферическую. Центральная нервная система обеспечивает индивидуальное приспособление организма к среде обитания, адаптацию организма, поведение организма в соответствии с конституцией и его потребностями, обеспечивает интеграцию и объединение органов в единое целое на основе восприятия, оценки, сравнения, анализа информации, поступающей из внешней и внутренней среды организма. Периферическая нервная система обеспечивает трофику тканей и оказывает непосредственное влияние на структуру и функциональную активность органов.
Человеческий организм находится в постоянном взаимодействии с окружающей средой. В таком же взаимодействии находятся и процессы внутри него. Регуляция всех процессов в организме, функционирование клеток, тканей и органов контролируется нервным и гуморальным механизмами регуляции.
Прежде чем разобраться, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции между собой, необходимо понять, а зачем они вообще нужны человеку. Неужели организм не может справиться без них?
Человек находится в постоянном взаимодействии с меняющимися факторами окружающей среды. И для нормальной жизнедеятельности ему необходимо приспосабливаться к ним. Например, при снижении температуры воздуха сосуды на периферии сужаются, чтобы уменьшить отдачу тепла через кожу. Вследствие этого предотвращается переохлаждение организма, устанавливается равновесие между продукцией и отдачей тепла.
Или, например, при употреблении пищи и раздражении вкусовых рецепторов на языке повышается слюноотделение и вырабатывается желудочный сок. Благодаря этому возможно переваривание пищи, что в свою очередь необходимо для обеспечения внутренних органов питательными веществами. И по такому же принципу регулируется функция всех внутренних органов. Поэтому нервная и гуморальная регуляции крайне важны для человеческого организма.
Чтобы понять, как нервная и гуморальная регуляция взаимодействуют между собой, нужно знать основные особенности каждой из них.
Нервная регуляция осуществляется за счет органов нервной системы: головного и спинного мозга, периферических нервов. Этот механизм осуществляется рефлекторно:
Этот механизм называется рефлексом, а цепь, по которой проходит импульс, - рефлекторной дугой. Осуществление рефлекторной деятельности не контролируется сознанием. Все рефлексы можно разделить на безусловные, или врожденные, и условные, то есть выработанные в течение жизни.
Вы правильно охарактеризуете действие нервной и гуморальной регуляции, зная особенности последней.
Гуморальная регуляция осуществляется посредством жидких сред организма (крови, спинномозговой жидкости, лимфы и прочее) при помощи специальных химических веществ. Эти вещества могут как поступать из внешней среды (витамины), так и вырабатываться в самом организме (гормоны). Характерно то, что каждый гормон регулирует строго отведенный для него процесс и взаимодействует только с конкретным типом рецепторов. Органы, функцию которых регулирует гормон, называют "органами-мишенями".
Но более полно вы охарактеризуете действие нервной и гуморальной регуляции, только выделив ряд отличий между этими двумя механизмами:
Кроме того, есть отличия и в диагностике состояния этих механизмов. В некоторых ситуациях, чтобы понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, проводится диагностика функционирования каждой из этих систем. Характерно то, что диагностика состояния нервной регуляции, осуществляемая при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ), чаще распространена, чем анализ крови для определения уровня гормонов.
Это связано с тем, что ЭЭГ абсолютно безопасна и безболезненна, и эмоции пациента не влияют на результат. А вот при анализе крови у многих пациентов появляется страх перед уколом, что вызывает повышение концентрации в крови гормонов стресса и в итоге искажает результат.
Рассмотрим наглядно основные отличия.
| Нервная регуляция | Гуморальная регуляция |
| Регулирует функцию органов посредством центральной нервной системы | Регулирует функцию органов посредством гормонов, витаминов, концентрации кислорода и углекислого газа и других химических веществ |
| Быстро реагирует на изменения внешней среды | Медленно реагирует на изменения внешней среды |
| Ее действие быстро проходит | Действует долго |
| Сигнал передается через нервный импульс | Сигнал передается через гормон |
| Характерна как химическая передача сигнала (через синапсы, то есть соединения между нейронами), так и электрическая (по нервным волокнам) | Только химическая передача сигнала (через жидкости организма) |
| Как правило, ответ четко адресован в конкретный орган | Характерен генерализованный ответ (через весь организм) |
| Нервный сигнал распространяется через рефлекторную дугу | Гормон распространяется через кровь |
В этой таблице поданы основные отличия при сравнении нервной и гуморальной регуляции, что должно упростить понимание этих двух процессов.
Несмотря на большой спектр различий между двумя описанными механизмами, они не работают изолированно друг от друга. Нервный механизм постоянно оказывает влияние на гуморальный, и наоборот. Чтобы лучше понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, приведем пример.
В головном мозге есть две структуры: гипоталамус и гипофиз. Каждая из них состоит из нервных клеток и при этом вырабатывает ряд гормонов. Между гипоталамусом и гипофизом есть прямая связь. Гипоталамус при помощи нервных импульсов, и нейрогормонов, меняет функцию гипофиза, заставляя его синтезировать биологически активные вещества. А гипофиз, в свою очередь, по механизму обратной связи меняет функцию гипоталамуса. Информация о том, что гипофиз синтезировал необходимые гормоны, поступает в гипоталамус и угнетает его функцию.
Надеемся, этот пример помог лучше понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, ведь эти два механизма являются основой жизнедеятельности человека.
Пермский Государственный
Технический Университет
Кафедра физической культуры.
Регуляция нервной деятельности: гуморальная и нервная.
Особенности функционирования ЦНС.
Выполнил: студент группы АСУ-01-1
Киселёв Дмитрий
Проверил: _______________________
_______________________
Пермь 2003 г.
Организм человека, как единая саморазвивающаяся и саморегулирующаяся система.
Все живое характеризуется четырьмя признаками: ростом, обменом веществ, раздражимостью и способностью к самовоспроизведению. Совокупность данных признаков свойственна только живым организмам. Человек, как и все другие живые существа также обладает этими способностями.
Нормальный здоровый человек не замечает внутренних процессов, происходящих у него в организме, например то, как его организм перерабатывает пищу. Это происходит потому, что в организме все системы (нервная, сердечно-сосудистая, дыхательная, пищеварительная, мочевыделительная, эндокринная, половая, скелетная, мышечная) гармонично взаимодействуют друг с другом без вмешательства в этот процесс непосредственно самого человека. Мы зачастую даже не догадываемся о том, как это происходит, и как управляются все сложнейшие процессы в нашем организме, как одна жизненно важная функция организма сочетается, взаимодействует с другой. Как природа или Бог позаботились о нас, какими инструментами снабдили наш организм. Рассмотрим механизму управления и регуляции в нашем организме.
В живом организме клетки, ткани, органы и системы органов работают как единое целое. Их согласованная работа регулируется двумя принципиально различными, но направленными на одно и то же способами: гуморально (от лат. "гумор" – жидкость: через кровь, лимфу, межклеточную жидкость) и нервно. Гуморальная регуляция осуществляется при помощи биологически активных веществ – гормонов. Гормоны выделяются железами внутренней секреции. Преимущество гуморальной регуляции в том, что гормоны по крови доставляются ко всем органам. Нервная регуляция осуществляется органами нервной системы и действует только на "орган-мишень". Нервная и гуморальная регуляция осуществляет взаимосвязанную и согласованную работу всех систем органов, поэтому организм функционирует как единое целое.
Гуморальная система
Гуморальная система регуляции обмена веществ в организме представляет собой совокупность желез внутренней и смешанной секреции, а также протоки, позволяющие биологически активным веществам (гормонам) достигать кровеносных сосудов или непосредственно органов, на которые оказывается воздействие.
Ниже приводится таблица, в которой представлены основные железы внутренней и смешанной секреции и выделяемые ими гормоны.
Железа | Гормон | Место действия | Физиологический эффект |
Щитовидная | Тироксин | Весь организм | Ускоряет обмен веществ и обмен O2 в тканях |
Тиреокальцитонин | Обмен Ca и P |
||
Паращитовидная | Паратгормон | Кости, почки, желудочно-кишечный тракт | Обмен Ca и P |
Поджелудочная | Весь организм | Регулирует обмен углеводов, стимулирует синтез белков |
|
Глюкагон | Стимулирует синтез и распад гликогена |
||
Надпочечники (корковый слой) | Кортизон | Весь организм | Обмен углеводов |
Альдостерон | Канальцы почек | Обмен электролитов и воды |
|
Надпочечники (мозговое вещество) | Адреналин | Мышцы сердца, гладкие мышцы артериол | Повышает частоту и силу сердечных сокращений, тонус артериол, повышает артериальное давление, стимулирует сокращение многих гладких мышц |
Печень, скелетные мышцы | Стимулирует распад гликогена |
||
Жировая ткань | Стимулирует распад липидов |
||
Норадреналин | Артериолы | Повышает тонус артериол и артериальное давление |
|
Гипофиз (передняя доля) | Соматотропин | Весь организм | Ускоряет рост мышц и костей, стимулирует синтез белка. Оказывает влияние на обмен углеводов и жиров |
Тиреотропин | Стимулирует синтез и секрецию гормонов щитовидной железы |
||
Кортикотропин | Кора надпочечников | Стимулирует синтез и секрецию гормонов коры надпочечников |
|
Гипофиз (задняя доля) | Вазопрессин | Собирательные трубочки почек | Облегчает обратное всасывание воды |
Артериолы | Увеличивает тонус, повышает артериальное давление |
||
Окситоцин | Сокращение мышц |
Как видно из приведённой таблицы железы внутренней секреции оказывают влияние, как на обычные органы, так и на другие железы внутренней секреции (этим обеспечивается саморегуляция деятельности желез внутренней секреции). Малейшие нарушения в деятельности этой системы ведут к нарушениям развития целой системы органов (например, при гипофункции поджелудочной железы развивается сахарный диабет, а при гиперфункции передней доли гипофиза может развиться гигантизм).
Нехватка некоторых веществ в организме может привести к неспособности выработки некоторых гормонов в организме и как следствие к нарушению развития. Так например недостаточное потребление йода (J) в рационе питания может привести к невозможности выработки тироксина (гипофункция щитовидной железы), что может привести к развитию таких болезней как микседема (высыхает кожа, выпадают волосы, снижается обмен веществ) и даже кретинизм (задержка роста, умственного развития).
Нервная система
Нервная система является объединяющей и координирующей системой организма. Она включает головной и спинной мозг, нервы и связанные с ними структуры, например мозговые оболочки (слои соединительной ткани вокруг головного и спинного мозга).
Несмотря на вполне определенное функциональное разделение, обе системы в значительной степени связаны.С помощью цереброспинальной системы (см ниже) мы ощущаем боль, температурные изменения (тепло и холод), прикосновение, воспринимаем вес и размеры предметов, осязаем структуру и форму, положение частей тела в пространстве, чувствуем вибрацию, вкус, запах, свет и звук. В каждом случае стимуляция чувствительных окончаний соответствующих нервов вызывает поток импульсов, которые передаются отдельными нервными волокнами от места воздействия стимула в соответствующий отдел головного мозга, где они интерпретируются. При формировании любого из ощущений импульсы распространяются по нескольким, разделенным синапсами, нейронам, пока не достигнут осознающих центров в коре головного мозга.
В центральной нервной системе полученная информация передается нейронами; образуемые ими проводящие пути называются трактами. Все ощущения, кроме зрительных и слуховых, интерпретируются в противоположной половине головного мозга. Например, прикосновение правой руки проецируется в левое полушарие мозга. Звуковые ощущения, идущие с каждой стороны, поступают в оба полушария. Зрительно воспринимаемые объекты тоже проецируются в обе половины мозга.
На рисунки слева показано анатомическое расположение органов нервной системы. По рисунку видно, что центральный отдел нервной системы (головной и спинной мозг) сосредоточены в голове и в позвоночном канале, в то время как органы периферийного отдела нервной системы (нервы и ганглии) рассредоточены по всему организму. Такое устройство нервной системы наиболее оптимально и выработалось эволюционно.
Вывод
Нервная и гуморальная системы, имеют одну и ту же цель – помочь организму развиться, выжить в изменяющихся условиях окружающей среды, поэтому бессмысленно говорить отдельно о нервной или гуморальной регуляции. Существует единая нервно-гуморальная регуляция, которая использует "гуморальные" и "нервные механизмы" для регуляции. "Гуморальные механизмы" задают общее направление в развитии органов организма, а "нервные механизмы" позволяют скорректировать развитие конкретного органа. Ошибочно предполагать, что нервная система дана нам лишь для того, чтобы мыслить, она - могучий инструмент, который также бессознательно регулирует такие жизненно-важные биологические процессы как переработка пищи, биологические ритмы и многое другое. Поразительно, но даже самый умный и активный человек использует лишь 4% возможностей своего мозга. Человеческий мозг – уникальная загадка, над которой бились с глубокой древности по наши дни и, возможно, будут биться не одну тысячу лет.
Список используемой литературы:
1. "Общая биология" под редакцией; изд. "Просвещение" 1975 г.
3. Энциклопедия "Кругосвет"
4. Личные конспекты по биологии 9-11 классы
