organizam
Regulacija funkcija ćelija, tkiva i organa, odnos između njih, tj. integritet organizma, a jedinstvo organizma i spoljašnje sredine ostvaruje se nervnim sistemom i humoralnim putem. Drugim riječima, imamo dva mehanizma regulacije funkcija – nervni i humoralni.
Nervnu regulaciju provode nervni sistem, mozak i kičmena moždina preko nerava koji se snabdevaju svim organima našeg tela. Tijelo je stalno pod utjecajem određenih iritacija. Organizam na sve te podražaje odgovara određenom aktivnošću ili, kako je uobičajeno stvarati, dolazi do prilagođavanja funkcije organizma na stalno promjenljive uvjete vanjske sredine. Dakle, smanjenje temperature zraka praćeno je ne samo sužavanjem krvnih žila, već i povećanjem metabolizma u stanicama i tkivima i, posljedično, povećanjem proizvodnje topline. Zbog toga se uspostavlja određena ravnoteža između prijenosa topline i stvaranja topline, ne dolazi do hipotermije tijela, a održava se konstantnost tjelesne temperature. Iritacija okusnih pupoljaka trakica usne šupljine hranom uzrokuje odvajanje pljuvačke i drugih probavnih sokova. pod čijim uticajem dolazi do varenja hrane. Zbog toga potrebne tvari ulaze u stanice i tkiva, te se uspostavlja određena ravnoteža između disimilacije i asimilacije. Po ovom principu reguliraju se i druge funkcije tijela.
Nervna regulacija je refleksne prirode. Receptori percipiraju različite podražaje. Rezultirajuća uzbuđenost od receptora duž senzornih nerava prenosi se na centralni nervni sistem, a odatle duž motoričkih nerava do organa koji obavljaju određene aktivnosti. Takve reakcije organizma na iritacije vrše se kroz centralni nervni sistem. su pozvani refleksi. Put kojim se ekscitacija prenosi tokom refleksa naziva se refleksni luk. Refleksi su različiti. I.P. Pavlov je podelio sve reflekse na bezuslovno i uslovno. Bezuslovni refleksi su urođeni refleksi, naslijeđeni. Primjer takvih refleksa su vazomotorni refleksi (vazokonstrikcija ili proširenje krvnih žila kao odgovor na iritaciju kože hladnoćom ili toplinom), refleks salivacije (salivacija kada su pupoljci okusa iritirani hranom) i mnogi drugi.
Uslovni refleksi su stečeni refleksi, razvijaju se tokom života životinje ili osobe. Ovi refleksi se javljaju
samo pod određenim uslovima mogu nestati. Primjer uslovnih refleksa je odvajanje pljuvačke pri pogledu na siromaštvo, na osjećaj mirisa hrane, a kod čovjeka čak i kada se o tome govori.
Humoralna regulacija (Humor - tečnost) se vrši putem krvi i drugih tečnosti i, koje čine unutrašnju sredinu tela, raznim hemikalijama koje se proizvode u samom telu ili dolaze iz spoljašnje sredine. Primjeri takvih supstanci su hormoni koje luče endokrine žlijezde i vitamini koji u organizam ulaze hranom. Hemikalije se raznose krvlju kroz tijelo i utječu na različite funkcije, posebno na metabolizam u stanicama i tkivima. Štoviše, svaka tvar utječe na određeni proces koji se odvija u ovom ili onom organu.
Nervni i humoralni mehanizmi regulacije funkcija su međusobno povezani. Dakle, nervni sistem vrši regulatorno djelovanje na organe ne samo direktno preko nerava, već i preko endokrinih žlijezda, mijenjajući intenzitet stvaranja hormona u tim organima i njihovog ulaska u krv.
Zauzvrat, mnogi hormoni i druge supstance utiču na nervni sistem.
U živom organizmu nervna i humoralna regulacija različitih funkcija odvija se po principu samoregulacije, tj. automatski. Prema ovom principu regulacije krvni pritisak, konstantnost sastava i fizičko-hemijskih svojstava krvi, te tjelesna temperatura održavaju se na određenom nivou. metabolizam, aktivnost srca, disajnih i drugih organskih sistema tokom fizičkog rada i dr. menjaju se na strogo koordiniran način.
Zbog toga se održavaju određeni relativno konstantni uslovi u kojima se odvija aktivnost ćelija i tkiva organizma, odnosno održava se konstantnost unutrašnje sredine.
Treba napomenuti da kod ljudi nervni sistem igra vodeću ulogu u regulaciji vitalne aktivnosti organizma.
Dakle, ljudsko tijelo je jedinstven, cjelovit, složen, samoregulirajući i samorazvijajući biološki sistem koji ima određene rezervne sposobnosti. Gde
znati da se sposobnost obavljanja fizičkog rada može višestruko povećati, ali do određene granice. Dok mentalna aktivnost praktično nema ograničenja u svom razvoju.
Sustavna mišićna aktivnost omogućava, poboljšanjem fizioloških funkcija, da se mobiliziraju tjelesne rezerve, za čije postojanje mnogi ni ne znaju. Treba napomenuti da postoji obrnuti proces, pad funkcionalnih sposobnosti organizma i ubrzano starenje sa smanjenjem fizičke aktivnosti.
Tokom fizičkih vežbi poboljšava se viša nervna aktivnost i funkcije centralnog nervnog sistema. neuromuskularni. kardiovaskularni, respiratorni, ekskretorni i drugi sistemi, metabolizam i energija, kao i sistem njihove neurohumoralne regulacije.
Ljudsko tijelo, koristeći svojstva samoregulacije unutrašnjih procesa pod vanjskim utjecajem, ostvaruje najvažnije svojstvo - prilagođavanje promjenjivim vanjskim uslovima, koje je odlučujući faktor u sposobnosti razvoja fizičkih kvaliteta i motoričkih sposobnosti tokom treninga.
Razmotrimo detaljnije prirodu fizioloških promjena tokom treninga.
Fizička aktivnost dovodi do raznih metaboličkih promjena, čija priroda ovisi o trajanju, snazi rada i broju uključenih mišića. Prilikom fizičkog napora preovlađuju katabolički procesi, mobilizacija i korištenje energetskih supstrata, dolazi do nakupljanja međuprodukta metabolizma. Period odmora karakterizira prevlast anaboličkih procesa, akumulacija rezerve hranjivih tvari i pojačana sinteza proteina.
Brzina oporavka ovisi o veličini promjena koje se javljaju tokom rada, odnosno o veličini opterećenja.
Tokom perioda odmora eliminiraju se metaboličke promjene koje su nastale tokom mišićne aktivnosti. Ako tijekom fizičkog napora prevladavaju katabolički procesi, mobilizacija i korištenje energetskih supstrata, akumulacija srednjih metaboličkih proizvoda, tada period odmora karakterizira dominacija anaboličkih procesa, akumulacija rezerve hranjivih tvari i pojačana sinteza proteina. .
U postradnom periodu povećava se intenzitet aerobne oksidacije, povećava se potrošnja kiseonika, tj. dug kiseonika je eliminisan. Oksidacijski supstrat su srednji metabolički produkti koji nastaju u procesu mišićne aktivnosti, mliječna kiselina, ketonska tijela i keto kiseline. Rezerve ugljikohidrata tokom fizičkog rada u pravilu su značajno smanjene, stoga masne kiseline postaju glavni supstrat za oksidaciju. Zbog povećane upotrebe lipida tokom perioda oporavka, respiratorni koeficijent se smanjuje.
Period oporavka karakteriše pojačana biosinteza proteina, koja se inhibira tokom fizičkog rada, a povećava se i stvaranje i izlučivanje krajnjih produkata metabolizma proteina (uree i dr.).
Stopa oporavka zavisi od veličine promena koje se dešavaju tokom rada, tj. na veličinu opterećenja, što je šematski prikazano na sl. 1
Slika 1 Dijagram procesa trošenja i povrata izvora
energije tokom mišićne aktivnosti vojnog intenziteta
Oporavak promjena nastalih pod utjecajem opterećenja niskog i srednjeg intenziteta je sporiji nego nakon opterećenja povećanog i ekstremnog intenziteta, što se objašnjava dubljim promjenama u periodu rada. Nakon povećanog intenziteta opterećenja, promatranog pokazatelja metabolizma, tvari ne samo da dostižu početni nivo, već ga i premašuju. Ovo povećanje iznad početnog nivoa naziva se prekomjerni oporavak (superkompenzacija)... Registruje se samo kada opterećenje pređe određeni nivo po veličini, tj. kada nastale metaboličke promjene utiču na genetski aparat ćelije. Ozbiljnost prekomjernog oporavka i njegovo trajanje su u direktnoj proporciji sa intenzitetom opterećenja.
Važan je fenomen natprirodnog ponašanja: mehanizam adaptacije (organa) na promijenjene uslove funkcionisanja i važan je za razumijevanje biohemijskih osnova sportskog treninga. Treba napomenuti da se, kao opća biološka pravilnost, odnosi ne samo na akumulaciju energetskog materijala, već i na sintezu proteina, što se posebno manifestira u obliku radne hipertrofije skeletnih mišića, srčanog mišića. Nakon intenzivnog opterećenja povećava se sinteza niza enzima (indukcija enzima), povećava se koncentracija kreatin fosfata, mioglobina i dolazi do niza drugih promjena.
Utvrđeno je da aktivna mišićna aktivnost izaziva povećanje aktivnosti kardiovaskularnog, respiratornog i drugih sistema organizma. U bilo kojoj ljudskoj aktivnosti, svi organi i sistemi tijela djeluju usklađeno, u bliskom jedinstvu. Ovaj odnos se ostvaruje uz pomoć nervnog sistema i humoralne (tečnosti) regulacije.
Nervni sistem reguliše aktivnost tela putem bioelektričnih impulsa. Glavni nervni procesi su ekscitacija i inhibicija koji se javljaju u nervnim ćelijama. Uzbuđenje- aktivno stanje nervnih ćelija, kada prenose mulj, "usmjeravaju same nervne impulse na druge ćelije: nervne, mišićne, žljezdane i druge. Kočenje- stanje nervnih ćelija, kada je njihova aktivnost usmerena na obnovu.Spavanje, na primer, je stanje nervnog sistema kada je inhibiran ogroman broj nervnih ćelija centralnog nervnog sistema.
Humoralna regulacija se vrši kroz krv pomoću posebnih hemikalija (hormona) koje luče endokrine žlezde, odnos koncentracije CO2 i O2 drugim mehanizmima. Na primjer, u predstartnom stanju, kada se očekuje intenzivna fizička aktivnost, endokrine žlijezde (nadbubrežne žlijezde) luče u krv poseban hormon adrenalin, koji pomaže u jačanju aktivnosti kardiovaskularnog sistema.
Humoralna i nervna regulacija se provode u jedinstvu. Vodeća uloga je data centralnom nervnom sistemu, mozgu, koji je, takoreći, centralni stožer vitalnih funkcija organizma.
2.10.1. Refleksna priroda i refleksni mehanizmi motoričke aktivnosti
Nervni sistem radi po principu refleksa. Naslijeđeni refleksi, od rođenja založeni u nervnom sistemu, u njegovoj strukturi, u vezama između nervnih ćelija, nazivaju se bezuslovnim refleksima. Udruženi u duge lance, bezuslovni refleksi su osnova instinktivnog ponašanja. Kod ljudi i viših životinja ponašanje se zasniva na uslovnim refleksima, razvijenim u procesu života na osnovu bezuslovnih refleksa.
Sportska i radna aktivnost osobe, uključujući i ovladavanje motoričkim vještinama, odvija se po principu odnosa između uvjetnih refleksa i dinamičkih stereotipa s bezuvjetnim refleksima.
Za izvođenje jasnih, svrsishodnih pokreta potrebno je kontinuirano slati signale centralnom nervnom sistemu o funkcionalnom stanju mišića, o stepenu njihove kontrakcije, napetosti i opuštanja, o držanju tijela, o položaju mišića. zglobovi i ugao savijanja u njima.
Sve ove informacije se prenose sa receptora senzornih sistema, a posebno sa receptora motoričkog senzornog sistema, sa takozvanih proprioceptora, koji se nalaze u mišićnom tkivu, fasciji, zglobnim kapsulama i tetivama.
Od ovih receptora, po principu povratne sprege i prema refleksnom mehanizmu, CNS prima potpunu informaciju o izvođenju date motoričke radnje io njenom poređenju sa datim programom.
Svaki, pa i najjednostavniji pokret zahtijeva stalnu korekciju, koju osiguravaju informacije koje dolaze iz proprioceptora i iz drugih senzornih sistema. Uzastopnim ponavljanjem motoričke radnje, impulsi iz receptora dopiru do motoričkih centara u centralnom nervnom sistemu, koji shodno tome mijenjaju svoje impulse koji idu do mišića kako bi poboljšali naučeni pokret.
Zahvaljujući tako složenom refleksnom mehanizmu, motorna aktivnost je poboljšana.
Fiziološka regulacija naziva se kontrola tjelesnih funkcija kako bi se ono prilagodilo uvjetima okoline. Regulacija tjelesnih funkcija je osnova za obezbjeđivanje postojanosti unutrašnjeg okruženja tijela i njegovo prilagođavanje promjenjivim uslovima postojanja i odvija se po principu samoregulacije kroz formiranje funkcionalnih sistema. Funkcija sistema i organizma u cjelini je aktivnost usmjerena na održavanje integriteta i svojstava sistema. Funkcije su okarakterisane kvantitativno i kvalitativno. Osnova fiziološke regulacije je prijenos i obrada informacija. Termin "informacija" označava svaku poruku o činjenicama i događajima koji se dešavaju u okruženju i ljudskom tijelu. Pod samoregulacijom se podrazumijeva ovakva regulacija kada je odstupanje reguliranog parametra poticaj za njegovu obnovu. Za implementaciju principa samoregulacije neophodna je interakcija sljedećih komponenti funkcionalnih sistema.
Podesivi parametar (regulacioni objekat, konstanta).
Upravljački uređaji koji prate odstupanje ovog parametra pod uticajem spoljašnjih i unutrašnjih faktora.
Regulatorni uređaji koji pružaju usmjereno djelovanje na aktivnost organa, o čemu ovisi obnavljanje odstupanog parametra.
Izvršni aparati su organi i sistemi organa čija promjena aktivnosti u skladu sa regulatornim utjecajima dovodi do vraćanja početne vrijednosti parametra. „Reverzna aferentacija nosi informacije regulatornim aparatima o postizanju ili nepostizanju korisnog rezultata, o vraćanju ili nevraćanju odstupljenog parametra u normalu. Dakle, regulaciju funkcija vrši sistem koji se sastoji od zasebnih elemenata: kontrolni uređaj (centralni nervni sistem, endokrina ćelija), kanali komunikacije (nervi, tečna unutrašnja sredina), senzori koji percipiraju delovanje faktora spoljašnje i unutrašnje sredine (receptori), strukture koje primaju informacije iz izlaznih kanala (ćelijski receptori ) i izvršnih organa.
Regulatorni sistem u tijelu je struktura na tri nivoa. Prvi nivo regulacije se sastoji od relativno autonomnih lokalnih sistema koji održavaju konstante. Drugi nivo regulacionog sistema obezbeđuje adaptivne reakcije u vezi sa promenama u unutrašnjem okruženju, na ovom nivou je obezbeđen optimalan način rada fizioloških sistema za prilagođavanje organizma spoljašnjoj sredini. Treći nivo regulacije ostvaruje se reakcijama ponašanja organizma i osigurava optimizaciju njegove vitalne aktivnosti.
Postoje četiri tipa regulacije: mehanička, humoralna, nervna, neurohumoralna.
Fizička (mehanička) regulacija ostvaruje se mehaničkim, električnim, optičkim, zvučnim, elektromagnetnim, termičkim i drugim procesima (npr. punjenje srčanih šupljina dodatnim volumenom krvi dovodi do većeg stepena istezanja njihovih zidova i do jače kontrakcije miokard). Najpouzdaniji regulatorni mehanizmi su lokalni. Ostvaruju se fizičko-hemijskom interakcijom struktura organa. Na primjer, u mišiću koji radi, kao rezultat oslobađanja kemijskih metabolita i topline od strane miocita, dolazi do širenja krvnih žila, što je praćeno povećanjem volumetrijske brzine protoka krvi i povećanjem opskrbe hranjivim tvarima i kiseonika do miocita. Lokalna regulacija se može provesti korištenjem biološki aktivnih supstanci (histamin), tkivnih hormona (prostaglandina).
Humoralna regulacija provodi se kroz tjelesne tečnosti (krv (humor), limfu, međućelijsku, likvor) uz pomoć različitih biološki aktivnih supstanci koje luče specijalizovane ćelije, tkiva ili organi. Ova vrsta regulacije se može sprovoditi na nivou organskih struktura – lokalne samoregulacije, ili obezbediti generalizovane efekte kroz sistem hormonske regulacije. Hemikalije koje se formiraju u specijalizovanim tkivima i imaju specifične funkcije ulaze u krvotok. Među ovim supstancama razlikuju se: metaboliti, medijatori, hormoni. Mogu djelovati lokalno ili na daljinu. Na primjer, proizvodi hidrolize ATP-a, čija koncentracija raste s povećanjem funkcionalne aktivnosti stanica, uzrokuju širenje krvnih žila i poboljšavaju trofizam ovih stanica. Posebno važnu ulogu imaju hormoni, proizvodi lučenja posebnih, endokrinih organa. U endokrine žlijezde spadaju: hipofiza, štitna žlijezda i paratireoidne žlijezde, otočni aparat pankreasa, korteks i medula nadbubrežnih žlijezda, spolne žlijezde, posteljica i epifiza. Hormoni utiču na metabolizam, stimulišu morfoformalne procese, diferencijaciju, rast, metamorfozu ćelija, uključuju određenu aktivnost izvršnih organa, menjaju intenzitet aktivnosti izvršnih organa i tkiva. Humoralni put regulacije djeluje relativno sporo, brzina odgovora ovisi o brzini stvaranja i lučenja hormona, njegovom prodiranju u limfu i krv i brzini krvotoka. Lokalno djelovanje hormona određeno je prisustvom specifičnog receptora za njega. Trajanje djelovanja hormona ovisi o brzini njegovog uništenja u tijelu. U različitim ćelijama organizma, uključujući i mozak, formiraju se neuropeptidi koji utiču na ponašanje organizma, niz različitih funkcija i regulišu lučenje hormona.
Nervna regulacija koju provodi nervni sistem, na osnovu obrade informacija od strane neurona i njihovog prenosa duž nerava. Ima sljedeće karakteristike:
Velika brzina razvoja akcije;
Preciznost komunikacije;
Visoka specifičnost - u reakciji je uključen strogo definiran broj komponenti koje su potrebne u ovom trenutku.
Nervna regulacija se odvija brzo, uz usmjeravanje signala na određenog primatelja. Prijenos informacija (akcijski potencijali neurona) odvija se brzinom do 80-120 m/s bez smanjenja amplitude i gubitka energije. Somatske i autonomne funkcije tijela podliježu nervnoj regulaciji. Osnovni princip nervne regulacije je refleks. Nervni mehanizam regulacije filogenetski je nastao kasnije od lokalnog i humoralnog i obezbeđuje visoku tačnost, brzinu i pouzdanost odgovora. To je najsavršeniji regulatorni mehanizam.
Neuro-humoralna korelacija. U procesu evolucije nervni i humoralni tip korelacije spojeni su u neurohumoralni oblik, kada se hitno uključivanje organa u proces djelovanja putem nervne korelacije dopunjava i produžava humoralnim faktorima.
Nervne i humoralne korelacije imaju vodeću ulogu u ujedinjenju (integraciji) sastavnih dijelova (komponenti) organizma u jedinstvenu cjelinu organizma. U isto vrijeme, čini se da se međusobno nadopunjuju svojim vlastitim karakteristikama. Humoralna veza je generalizirana. Istovremeno se realizuje u celom telu. Nervna veza ima usmjereni karakter, najselektivnija je i ostvaruje se u svakom konkretnom slučaju, uglavnom na nivou pojedinih komponenti tijela.
Kreativne veze obezbeđuju razmenu između ćelija sa makromolekulama, koje su sposobne da vrše regulatorni efekat na procese metabolizma, diferencijacije, rasta, razvoja i funkcionisanja ćelija i tkiva. Kreativnim vezama vrši se utjecaj keylona – proteina koji potiskuju sintezu nukleinskih kiselina i diobu stanica.
Metaboliti putem mehanizma povratne sprege utječu na unutarćelijski metabolizam i funkciju stanica i funkcioniranje susjednih struktura. Na primjer, tokom intenzivnog rada mišića, mliječna i pirogrožđana kiselina koje se stvaraju u mišićnoj ćeliji u uvjetima nedostatka kisika dovode do proširenja mišićnih mikrožila, do povećanja protoka krvi, hranjivih tvari i kisika, čime se poboljšava ishrana mišićnih stanica. . Istovremeno stimuliraju metaboličke puteve njihove upotrebe i smanjuju kontraktilnost mišića.
Neuroendokrini sistem obezbeđuje korespondenciju metaboličkih, fizičkih funkcija i bihevioralnih reakcija organizma sa uslovima spoljašnje sredine, podržava procese diferencijacije, rasta, razvoja i regeneracije ćelija; općenito, doprinose očuvanju i razvoju kako pojedinca tako i biološke vrste u cjelini. Dvostruka (nervna i endokrina) regulacija kroz mehanizam duplikacije obezbeđuje pouzdanost regulacije, visoku stopu odgovora kroz nervni sistem i trajanje odgovora u vremenu kroz oslobađanje hormona. Filogenetski, najstarije hormone proizvode nervne ćelije; hemijski signal i nervni impuls se često međusobno konvertuju. Hormoni, kao neuromodulatori, utiču na dejstvo u centralnom nervnom sistemu mnogih medijatora (gastrin, holecistokinin, VIP, GIP, neurotenzin, bombesin, supstanca P, opiomelanokortini - ACTH, beta, gama lipotropini, alfa, beta, gama endorfini, prolaktin, hormon rasta). Opisani su neuroni koji proizvode hormone.
Nervna i humoralna regulacija zasniva se na principu kružne veze, što je u biološkim sistemima kao prioritet pokazao sovjetski fiziolog P.K.Anohin. Pozitivne i negativne povratne informacije osiguravaju optimalan nivo funkcioniranja - jačajući slabe odgovore i ograničavajući super-jake.
Podjela regulatornih mehanizama na nervne i humoralne je proizvoljna. U tijelu su ti mehanizmi neodvojivi.
1) Informaciju o stanju spoljašnje i unutrašnje sredine, po pravilu, percipiraju elementi nervnog sistema, a nakon obrade u neuronima, i nervni i humoralni putevi regulacije mogu se koristiti kao izvršni organi.
2) Aktivnost endokrinih žlezda kontroliše nervni sistem. Zauzvrat, metabolizam, razvoj i diferencijacija neurona se odvija pod utjecajem hormona.
3) Akcijski potencijali na dodirnim tačkama neurona i radne ćelije izazivaju lučenje medijatora, koji preko humoralne veze menja funkciju ćelije. Dakle, tijelo ima jedinstvenu neurohumoralnu regulaciju sa prioritetnom vrijednošću nervnog sistema. Tijelo na djelovanje svakog stimulusa odgovara složenom biološkom reakcijom kao cjelinom. To se postiže interakcijom svih sistema, tkiva i ćelija organizma. Interakciju obezbjeđuju lokalni, humoralni i nervni mehanizmi regulacije
Ljudski nervni sistem se deli na centralni (mozak i kičmena moždina) i periferni. Centralni nervni sistem obezbeđuje individualnu adaptaciju organizma na okolinu, prilagođavanje organizma, ponašanje organizma u skladu sa konstitucijom i njegovim potrebama, obezbeđuje integraciju i ujedinjenje organa u jedinstvenu celinu zasnovanu na percepciji, procena, poređenje, analiza informacija koje dolaze iz spoljašnje i unutrašnje sredine organizma... Periferni nervni sistem obezbeđuje trofizam tkiva i direktno utiče na strukturu i funkcionalnu aktivnost organa.
Najvažniji koncepti teorije fiziološke regulacije.
Prije razmatranja mehanizama neurohumoralne regulacije, zadržimo se na najvažnijim konceptima ovog odjeljka fiziologije. Neke od njih razvila je kibernetika. Poznavanje ovakvih pojmova olakšava razumijevanje regulacije fizioloških funkcija i rješavanje niza problema u medicini.
Fiziološka funkcija- ispoljavanje vitalne aktivnosti organizma ili njegovih struktura (ćelija, organa, sistema ćelija i tkiva), u cilju očuvanja života i implementacije genetski i društveno određenih programa.
Sistem- skup elemenata u interakciji koji obavljaju funkciju koju ne može izvršiti jedan poseban element.
Element - strukturna i funkcionalna jedinica sistema.
Signal - razne vrste materije i energije koje prenose informacije.
Informacije informacije, poruke koje se prenose komunikacijskim kanalima i percipiraju tijelo.
Stimulus- faktor vanjskog ili unutrašnjeg okruženja, čiji učinak na receptorske formacije tijela uzrokuje promjenu u procesima vitalne aktivnosti. Iritansi se dijele na adekvatne i neadekvatne. Za percepciju adekvatne stimulacije tjelesni receptori su prilagođeni i aktiviraju se pri vrlo niskoj energiji faktora utjecaja. Na primjer, za aktiviranje receptora mrežnice (štapića i čunjića) dovoljna su 1-4 svjetlosna kvanta. Neadekvatno su iritansi,čijoj percepciji nisu prilagođeni osjetljivi elementi tijela. Na primjer, čunjići i štapići mrežnice nisu prilagođeni percepciji mehaničkih utjecaja i ne pružaju pojavu osjeta čak ni uz značajnu silu udara na njih. Samo sa vrlo velikom snagom udara (udara) mogu se aktivirati i može se javiti osjećaj svjetlosti.
Podražaji se također dijele prema njihovoj snazi na podprag, prag i nadprag. Force stimulansi ispod praga nedovoljno za nastanak registrovanog odgovora organizma ili njegovih struktura. Prag stimulansa naziva se takva, čija je minimalna sila dovoljna za pojavu izraženog odgovora. Superpragovi stimulansi su snažniji od stimulansa praga.
Iritans i signal su slični, ali ne i jednoznačni pojmovi. Jedan te isti stimulus može imati različita signalna značenja. Na primjer, škripa zeca može biti signal upozorenja o opasnosti od srodnika, ali za lisicu isti zvuk je signal o mogućnosti dobivanja hrane.
iritacija - uticaj spoljašnjih ili unutrašnjih faktora na strukturu tela. Treba napomenuti da se u medicini termin "iritacija" ponekad koristi u drugačijem smislu - da označi odgovor tijela ili njegovih struktura na djelovanje stimulusa.
Receptori molekularne ili ćelijske strukture koje percipiraju djelovanje faktora vanjskog ili unutrašnjeg okruženja i prenose informaciju o vrijednosti signala stimulusa na sljedeće veze regulacijskog kola.
Koncept receptora se razmatra sa dvije tačke gledišta: sa molekularno biološke i morfofunkcionalne. U potonjem slučaju govorimo o senzornim receptorima.
WITH molekularno biološki Sa stanovišta, receptori su specijalizovani proteinski molekuli ugrađeni u ćelijsku membranu ili smešteni u citosolu i jezgru. Svaki tip takvog receptora je u stanju da stupi u interakciju samo sa strogo definisanim signalnim molekulima - ligandi. Na primjer, za takozvane adrenergičke receptore, ligand su molekuli hormona adrenalina i norepinefrina. Ovi receptori su ugrađeni u membrane mnogih ćelija u telu. Ulogu liganda u organizmu imaju biološki aktivne supstance: hormoni, neurotransmiteri, faktori rasta, citokini, prostaglandini. Oni obavljaju svoju signalnu funkciju, nalazeći se u biološkim tekućinama u vrlo malim koncentracijama. Na primjer, sadržaj hormona u krvi nalazi se u rasponu 10 -7 -10 "10 mol / l.
WITH morfofunkcionalni Sa stanovišta, receptori (senzorni receptori) su specijalizirane ćelije ili nervni završeci, čija je funkcija da uoče djelovanje podražaja i osiguraju nastanak ekscitacije u nervnim vlaknima. U tom smislu, termin "receptor" se najčešće koristi u fiziologiji kada je u pitanju regulacija koju obezbeđuje nervni sistem.
Skup istog tipa senzornih receptora i područje tijela u kojem su koncentrisani nazivaju se receptorsko polje.
Funkciju senzornih receptora u tijelu obavljaju:
specijalizovanih nervnih završetaka. Mogu biti labave, neobložene (npr. kožni receptori za bol) ili obložene (npr. kožni taktilni receptori);
specijalizovane nervne ćelije (neurosenzorne ćelije). Kod ljudi, takve senzorne ćelije nalaze se u epitelnom sloju koji oblaže površinu nosne šupljine; obezbeđuju percepciju mirisnih supstanci. U retini oka, neurosenzorne ćelije su predstavljene čunjevima i štapićima koji percipiraju svjetlosne zrake;
3) specijalizovane epitelne ćelije su ćelije koje se razvijaju iz epitelnog tkiva koje su stekle visoku osetljivost na delovanje određenih vrsta podražaja i mogu da prenose informacije o tim nadražajima do nervnih završetaka. Takvi receptori su prisutni u unutrašnjem uhu, ukusnim pupoljcima jezika i vestibularnom aparatu, obezbeđujući sposobnost percepcije zvučnih talasa, osećaja ukusa, položaja i kretanja tela.
Regulativa stalno praćenje i neophodna korekcija funkcionisanja sistema i njegovih pojedinačnih struktura u cilju postizanja korisnog rezultata.
Fiziološka regulacija- proces koji osigurava održavanje relativne konstantnosti ili promjenu u željenom smjeru pokazatelja homeostaze i vitalnih funkcija organizma i njegovih struktura.
Za fiziološku regulaciju vitalnih funkcija organizma karakteristične su sljedeće karakteristike.
Prisustvo zatvorenih kontrolnih petlji. Najjednostavniji regulacioni krug (slika 2.1) uključuje blokove: podesivi parametar(na primjer, nivo glukoze u krvi, vrijednost krvnog pritiska), kontrolni uređaj- u cijelom organizmu to je nervni centar, u posebnoj ćeliji - genom, efektori- organi i sistemi koji pod uticajem signala sa kontrolnog uređaja menjaju svoj rad i direktno utiču na vrednost kontrolisanog parametra.
Interakcija pojedinačnih funkcionalnih blokova takvog regulacionog sistema odvija se kroz direktne i povratne kanale. Direktnim komunikacijskim kanalima informacije se prenose od upravljačkog uređaja do efektora, a putem povratnih kanala - od receptora (senzora) koji upravljaju
Rice. 2.1. Upravljački krug zatvorene petlje
vrijednost kontroliranog parametra - do kontrolnog uređaja (na primjer, od receptora skeletnih mišića - do kičmene moždine i mozga).
Dakle, povratna sprega (u fiziologiji se naziva i reverzna aferentacija) daje signalizaciju kontrolnom uređaju o vrijednosti (stanju) kontroliranog parametra. Omogućuje kontrolu nad odgovorom efektora na kontrolni signal i rezultat akcije. Na primjer, ako je svrha pokreta ljudske ruke bila otvaranje udžbenika fiziologije, onda se povratna informacija provodi provođenjem impulsa duž aferentnih nervnih vlakana od receptora očiju, kože i mišića do mozga. Ovaj impuls pruža mogućnost praćenja pokreta ruku. Zahvaljujući tome, nervni sistem može izvršiti korekciju pokreta kako bi se postigao željeni rezultat akcije.
Uz pomoć povratne sprege (obrnute aferentacije), regulatorna petlja se zatvara, njeni elementi se kombinuju u zatvoreni krug - sistem elemenata. Samo u prisustvu zatvorene kontrolne petlje moguće je postići stabilnu regulaciju parametara homeostaze i adaptivnih reakcija.
Povratne informacije se dijele na negativne i pozitivne. U tijelu je ogroman broj povratnih informacija negativan. To znači da pod uticajem informacija koje dolaze kroz njihove kanale, regulatorni sistem vraća devijantni parametar na njegovu prvobitnu (normalnu) vrednost. Dakle, negativna povratna sprega je neophodna da bi se održala stabilnost nivoa regulisanog indikatora. Za razliku od toga, pozitivna povratna sprega doprinosi promjeni vrijednosti kontroliranog parametra, prenoseći ga na novi nivo. Dakle, na početku intenzivnog opterećenja mišića, impulsi iz receptora skeletnih mišića doprinose razvoju povećanja nivoa arterijskog krvnog pritiska.
Funkcionisanje neurohumoralnih mehanizama regulacije u organizmu nije uvijek usmjereno samo na održavanje homeostatskih konstanti na konstantnom, strogo stabilnom nivou. U velikom broju slučajeva za organizam je od vitalnog značaja da regulatorni sistemi restrukturiraju svoj rad i promene vrednost homeostatske konstante, promene takozvanu „set point” regulisanog parametra.
Set lopta(eng. set lopta). Ovo je nivo kontrolisanog parametra na kojem kontrolni sistem nastoji da održi vrednost ovog parametra.
Razumijevanje prisutnosti i smjera promjena u postavci homeostatske regulacije pomaže da se utvrdi uzrok patoloških procesa u tijelu, predvidi njihov razvoj i pronađe ispravan način liječenja i prevencije.
Razmotrimo ovo na primjeru procjene temperaturnih reakcija tijela. Čak i kada je osoba zdrava, temperatura jezgra tijela tokom dana varira između 36°C i 37°C, a u večernjim satima - bliže 37°C, noću i rano ujutro - do 36°C. °C. Ovo ukazuje na prisustvo cirkadijalnog ritma promjena vrijednosti zadane vrijednosti termoregulacije. Ali prisustvo promjena u zadanoj tački temperature jezgra tijela kod brojnih ljudskih bolesti je posebno izraženo. Na primjer, razvojem zaraznih bolesti, termoregulatorni centri nervnog sistema dobijaju signal o pojavi bakterijskih toksina u organizmu i preuređuju svoj rad tako da povećavaju nivo telesne temperature. Takva reakcija tijela na unošenje infekcije razvija se filogenetski. Korisno je jer na povišenim temperaturama imunološki sistem aktivnije funkcioniše i pogoršavaju se uslovi za razvoj infekcije. Zbog toga se antipiretici ne smiju uvijek propisivati kada se razvije groznica. Ali pošto veoma visoka temperatura jezgra tela (više od 39°C, posebno kod dece) može biti opasna za organizam (prvenstveno u smislu oštećenja nervnog sistema), onda u svakom slučaju lekar mora individualna odluka. Ako se pri tjelesnoj temperaturi od 38,5 - 39 °C jave znakovi kao što su drhtanje mišića, zimica, kada se osoba umota u ćebe, nastoji se zagrijati, onda je jasno da mehanizmi termoregulacije nastavljaju mobilizirati sve izvore proizvodnju toplote i metode očuvanja toplote u telu. To znači da zadana tačka još nije dostignuta i da će u bliskoj budućnosti tjelesna temperatura porasti, dostižući opasne granice. Ali ako pacijent na istoj temperaturi ima obilno znojenje, drhtanje mišića je nestalo i on se otvara, onda je jasno da je zadata tačka već dostignuta i da će termoregulacioni mehanizmi sprečiti dalje povećanje temperature. U takvoj situaciji, ljekar se određeno vrijeme u nekim slučajevima može suzdržati od propisivanja antipiretičkih lijekova.
Nivoi regulatornih sistema. Razlikuju se sljedeći nivoi:
subćelijski (na primjer, samoregulacija lanaca biohemijskih reakcija kombinovanih u biohemijske cikluse);
stanični - regulacija intracelularnih procesa korištenjem biološki aktivnih tvari (autokrinija) i metabolita;
tkivo (parakrinija, kreativne veze, regulacija interakcije ćelija: adhezija, integracija u tkivo, sinhronizacija deobe i funkcionalne aktivnosti);
organ - samoregulacija pojedinih organa, njihovo funkcioniranje u cjelini. Takvu regulaciju provode kako humoralni mehanizmi (parakrinija, kreativne veze), tako i nervne ćelije čija se tijela nalaze u intraorganskim autonomnim ganglijama. Ovi neuroni u interakciji formiraju refleksne lukove unutar organa. Istovremeno, preko njih se ostvaruju i regulatorni uticaji centralnog nervnog sistema na unutrašnje organe;
organizmska regulacija homeostaze, integritet organizma, formiranje regulatornih funkcionalnih sistema koji obezbeđuju celishodne bihevioralne reakcije, prilagođavanje organizma promenama uslova sredine.
Dakle, postoji mnogo nivoa regulatornih sistema u telu. Najjednostavniji sistemi tijela kombiniraju se u složenije, sposobni za obavljanje novih funkcija. U ovom slučaju, jednostavni sistemi se po pravilu povinuju upravljačkim signalima iz složenijih sistema. Ova podređenost se naziva hijerarhijom regulatornih sistema.
Mehanizmi za implementaciju ovih propisa biće detaljnije razmotreni u nastavku.
Jedinstvo i karakteristične karakteristike nervne i humoralne regulacije. Mehanizmi regulacije fizioloških funkcija tradicionalno se dijele na nervne i humoralne
nye, iako u stvarnosti čine jedan regulatorni sistem koji održava homeostazu i adaptivnu aktivnost organizma. Ovi mehanizmi imaju brojne veze kako na nivou funkcionisanja nervnih centara tako i u prenošenju signalnih informacija do efektorskih struktura. Dovoljno je reći da se u realizaciji najjednostavnijeg refleksa kao elementarnog mehanizma nervne regulacije, prijenos signalizacije iz jedne ćelije u drugu vrši pomoću humoralnih faktora – neurotransmitera. Osjetljivost senzornih receptora na djelovanje podražaja i funkcionalno stanje neurona mijenjaju se djelovanjem hormona, neurotransmitera, niza drugih biološki aktivnih supstanci, kao i najjednostavnijih metabolita i mineralnih jona (K + Na + CaCl - ). Zauzvrat, nervni sistem može pokrenuti ili izvršiti korekciju humoralne regulacije. Humoralna regulacija u tijelu je pod kontrolom nervnog sistema.
Osobine nervne i humoralne regulacije u tijelu. Humoralni mehanizmi su filogenetski stariji, prisutni su čak i kod jednoćelijskih životinja i dobijaju veliku raznolikost kod višećelijskih, a posebno kod ljudi.
Nervni mehanizmi regulacije formirani su filogenetski kasnije i formiraju se postepeno u ljudskoj ontogenezi. Takva regulacija je moguća samo u višećelijskim strukturama sa nervnim ćelijama koje se spajaju u nervne krugove i čine refleksne lukove.
Humoralna regulacija se odvija širenjem signalnih molekula u tjelesnim tekućinama po principu "svi, sve, svi" ili principu "radio komunikacije"
Nervna regulacija se odvija po principu "pismo sa adresom", odnosno "telegrafska komunikacija".Signalizacija se prenosi od nervnih centara do strogo određenih struktura, na primjer, do tačno određenih mišićnih vlakana ili njihovih grupa u pojedinom mišiću. Samo u ovom slučaju mogući su svrsishodni, koordinirani ljudski pokreti.
Humoralna regulacija se, u pravilu, provodi sporije nego nervozna. Brzina provođenja signala (akcijski potencijal) u brzim nervnim vlaknima dostiže 120 m/s, dok brzina transporta signalnog molekula
kula sa protokom krvi u arterijama je oko 200 puta, a u kapilarima - hiljadama puta manje.
Dolazak nervnog impulsa u efektorski organ gotovo trenutno uzrokuje fiziološki učinak (na primjer, kontrakciju skeletnih mišića). Reakcija na mnoge hormonske signale je sporija. Na primjer, manifestacija odgovora na djelovanje hormona štitne žlijezde i korteksa nadbubrežne žlijezde javlja se nakon desetina minuta ili čak sati.
Humoralni mehanizmi su od primarnog značaja za regulaciju metaboličkih procesa, brzinu deobe ćelija, rast i specijalizaciju tkiva, pubertet, adaptaciju na promene uslova sredine.
Nervni sistem u zdravom tijelu utiče na svu humoralnu regulaciju, vrši njihovu korekciju. Istovremeno, nervni sistem ima svoje specifične funkcije. Reguliše životne procese koji zahtevaju brze reakcije, obezbeđuje percepciju signala koji dolaze sa senzornih receptora čula, kože i unutrašnjih organa. Reguliše tonus i kontrakciju skeletnih mišića koji osiguravaju održavanje držanja i kretanje tijela u prostoru. Nervni sistem osigurava ispoljavanje takvih mentalnih funkcija kao što su osjet, emocije, motivacija, pamćenje, mišljenje, svijest, regulira reakcije ponašanja u cilju postizanja korisnog adaptivnog rezultata.
Uprkos funkcionalnom jedinstvu i brojnim međusobnim odnosima nervnih i humoralnih regulacija u organizmu, radi lakšeg proučavanja mehanizama ovih regulacija, razmotrićemo ih odvojeno.
Karakterizacija mehanizama humoralne regulacije u organizmu. Humoralna regulacija se provodi putem prijenosa signala uz pomoć biološki aktivnih tvari kroz tjelesne tekućine. Biološki aktivne supstance organizma uključuju: hormone, neurotransmitere, prostaglandine, citokine, faktore rasta, endotel, dušikov oksid i niz drugih supstanci. Za obavljanje svoje signalne funkcije dovoljna je vrlo mala količina ovih supstanci. Na primjer, hormoni obavljaju svoju regulatornu ulogu kada je njihova koncentracija u krvi unutar 10 -7 -10 0 mol/l.
Humoralna regulacija se dijeli na endokrinu i lokalnu.
Endokrina regulacija provode se zbog funkcioniranja endokrinih žlijezda (endokrinih žlijezda), koje su specijalizirani organi koji luče hormone. Hormoni- biološki aktivne tvari koje proizvode endokrine žlijezde, koje se prenose krvlju i imaju specifično regulatorno djelovanje na vitalnu aktivnost stanica i tkiva. Posebnost endokrine regulacije je da endokrine žlijezde luče hormone u krv, te se na taj način te tvari dopremaju do gotovo svih organa i tkiva. Međutim, odgovor na djelovanje hormona može biti samo od onih stanica (cilja), na membranama, u citosolu ili jezgru kojih se nalaze receptori za odgovarajući hormon.
Prepoznatljiva karakteristika lokalni humoralni propisi je da biološki aktivne tvari koje proizvodi stanica ne ulaze u krvotok, već djeluju na ćeliju koja ih proizvodi i njeno neposredno okruženje, šireći se difuzijom kroz međućelijsku tekućinu. Takva regulacija se dijeli na regulaciju metabolizma u ćeliji zbog metabolita, autokrinije, parakrinije, jukstakrinije, interakcija kroz međućelijske kontakte.
Regulacija metabolizma u ćeliji zahvaljujući metabolitima. Metaboliti su krajnji i međuproizvodi metaboličkih procesa u ćeliji. Učešće metabolita u regulaciji ćelijskih procesa je posledica prisustva u metabolizmu lanaca funkcionalno povezanih biohemijskih reakcija – biohemijskih ciklusa. Karakteristično je da i u takvim biohemijskim ciklusima postoje glavni znaci biološke regulacije, prisustvo zatvorene kontrolne petlje i negativna povratna sprega, koja osigurava zatvaranje ove petlje. Na primjer, lanci takvih reakcija koriste se u sintezi enzima i tvari uključenih u stvaranje adenozin trifosforne kiseline (ATP). ATP je supstanca u kojoj se akumulira energija koju ćelije lako koriste za razne vitalne procese: kretanje, sintezu organskih supstanci, rast, transport supstanci kroz ćelijske membrane.
Autokrini mehanizam. Sa ovom vrstom regulacije, signalni molekul sintetiziran u ćeliji izlazi
Receptor r t Endocrinia
O? m ooo
Augocrinia Paracrinia Juxtacrinia t
Rice. 2.2. Vrste humoralne regulacije u tijelu
ćelijske membrane u međućelijsku tekućinu i vezuju se za receptor na vanjskoj površini membrane (slika 2.2). Tako stanica reagira na signalni molekul koji se u njoj sintetizira - ligand. Vezivanje liganda za receptor na membrani izaziva aktivaciju ovog receptora i pokreće čitav niz biohemijskih reakcija u ćeliji, koje osiguravaju promjenu njene vitalne aktivnosti. Autokrinu regulaciju često koriste ćelije imunološkog i nervnog sistema. Ovaj autoregulatorni put je neophodan za održavanje stabilnog nivoa lučenja određenih hormona. Na primjer, u sprječavanju prekomjernog lučenja inzulina od strane P-ćelija pankreasa, važan je inhibitorni učinak hormona koji one luče na aktivnost ovih stanica.
Parakrini mehanizam. Obavljaju ga signalni molekuli koji luče ćelije koje ulaze u međućelijsku tečnost i utiču na vitalnu aktivnost susednih ćelija (slika 2.2). Posebnost ove vrste regulacije je da u prijenosu signala postoji faza difuzije molekula liganda kroz međućelijsku tekućinu iz jedne ćelije u druge susjedne ćelije. Na primjer, ćelije pankreasa koje luče inzulin utiču na ćelije ove žlezde koje luče drugi hormon, glukagon. Faktori rasta i interleukini utiču na deobu ćelija, prostaglandini - na tonus glatkih mišića, mobilizaciju Ca 2+. Ova vrsta signalizacije je važna u regulaciji rasta tkiva tokom razvoja embriona, zarastanju rana, za rast oštećenih nervnih vlakana i za prenos ekscitacije u sinapsama.
Nedavne studije su pokazale da neke ćelije (posebno nervne), kako bi održale svoju vitalnu aktivnost, moraju stalno primati specifične signale.
L1 iz susjednih ćelija. Među ovim specifičnim signalima posebno su važne supstance – faktori rasta (NGF). Uz dugotrajno odsustvo utjecaja ovih signalnih molekula, nervne stanice započinju program samouništenja. Ovaj mehanizam smrti ćelije naziva se apoptoza.
Parakrina regulacija se često koristi istovremeno sa autokrinom regulacijom. Na primjer, kada se ekscitacija prenosi u sinapsama, signalni molekuli koje luči nervni završetak vezuju se ne samo za receptore susjedne ćelije (na postsinaptičkoj membrani), već i za receptore na membrani istog nervnog završetka (tj. presinaptička membrana).
Jukstakrini mehanizam. Izvodi se prijenosom signalnih molekula direktno s vanjske površine membrane jedne ćelije na membranu druge. To se događa pod uvjetom direktnog kontakta (prianjanja, adhezivne adhezije) membrana dviju stanica. Takvo vezivanje nastaje, na primjer, kada leukociti i trombociti stupe u interakciju s endotelom krvnih kapilara na mjestu gdje postoji upalni proces. Na membranama koje oblažu kapilare ćelija pojavljuju se signalne molekule na mjestu upale koje se vezuju za receptore određenih vrsta leukocita. Ova veza dovodi do aktivacije vezivanja leukocita za površinu krvnog suda. To može biti praćeno cijelim kompleksom bioloških reakcija koje osiguravaju prijelaz leukocita iz kapilare u tkivo i njihovo suzbijanje upalne reakcije.
Interakcije kroz međućelijske kontakte. Izvode se preko intermembranskih veza (umetnuti diskovi, neksusi). Konkretno, prijenos signalnih molekula i nekih metabolita kroz praznine - neksuse - je vrlo čest. Kada se formiraju neksusi, posebni proteinski molekuli (koneksoni) ćelijske membrane kombinuju 6 komada tako da formiraju prsten sa porama unutra. Na membrani susjedne ćelije (točno suprotno), formira se ista prstenasta tvorevina s porama. Dve centralne pore se kombinuju i formiraju kanal koji prodire kroz membrane susednih ćelija. Širina kanala je dovoljna za prolaz mnogih biološki aktivnih supstanci i metabolita. Ca 2+ joni slobodno prolaze kroz neksuse i moćni su regulatori intracelularnih procesa.
Zbog svoje visoke električne provodljivosti, neksusi doprinose širenju lokalnih struja između susjednih ćelija i formiranju funkcionalnog jedinstva tkiva. Takve interakcije su posebno izražene u ćelijama srčanog mišića i glatkih mišića. Kršenje stanja međućelijskih kontakata dovodi do srčane patologije, promjena
smanjenje tonusa mišića krvnih žila, slabost kontrakcije maternice i promjena niza drugih propisa.
Međućelijski kontakti, koji imaju ulogu jačanja fizičke veze između membrana, nazivaju se čvrsti spojevi i ljepljivi pojasevi. Takvi kontakti mogu biti u obliku kružnog pojasa koji prolazi između bočnih površina kaveza. Zgušnjavanje i povećanje čvrstoće ovih jedinjenja je obezbeđeno vezivanjem proteina miozina, aktinina, tropomiozina, vinkulina itd. na površinu membrane. Čvrsti spojevi pospešuju ujedinjenje ćelija u tkivo, njihovu adheziju i otpornost tkiva na mehanički stres . Oni su također uključeni u formiranje barijernih formacija u tijelu. Čvrsti kontakti posebno su izraženi između endotela koji oblaže žile mozga. Oni smanjuju propusnost ovih sudova za supstance koje kruže u krvi.
Ćelijske i intracelularne membrane igraju važnu ulogu u svim humoralnim regulacijama koje uključuju specifične signalne molekule. Stoga je za razumijevanje mehanizma humoralne regulacije potrebno poznavati elemente fiziologije ćelijskih membrana.
Rice. 2.3. Dijagram strukture stanične membrane
Protein nosač
(sekundarno aktivan
transport)
Membranski protein
PKC protein
Dvostruki sloj fosfolipida
Antigeni
Ekstracelularna površina
Intracelularno okruženje
Osobine strukture i svojstva ćelijskih membrana. Sve ćelijske membrane karakteriše jedan princip strukture (slika 2.3). Baziraju se na dva sloja lipida (molekula masti, među kojima je najviše fosfolipida, ali ima i holesterola i glikolipida). Membranski lipidni molekuli imaju glavu (područje koje privlači vodu i nastoji da stupi u interakciju s njom, nazvano vodičphilic) i rep, koji je hidrofoban (odbija se od molekula vode, izbjegava njihovu blizinu). Kao rezultat ove razlike u svojstvima glave i repa molekula lipida, potonji se, kada udare u površinu vode, redaju u redove: glava do glave, rep do rep i formiraju dvostruki sloj u kojem hidrofilne glave okrenuti prema vodi, a hidrofobni repovi okrenuti jedan prema drugom. Repovi su unutar ovog dvostrukog sloja. Prisutnost lipidnog sloja stvara zatvoreni prostor, izoluje citoplazmu od okolnog vodenog okruženja i stvara prepreku za prolaz vode i tvari rastvorljivih u njoj kroz staničnu membranu. Debljina takvog lipidnog dvosloja je oko 5 nm.
Membrane takođe sadrže proteine. Njihovi molekuli po zapremini i masi su 40-50 puta veći od molekula membranskih lipida. Zbog proteina debljina membrane dostiže -10 nm. Uprkos činjenici da su ukupne mase proteina i lipida u većini membrana gotovo jednake, broj proteinskih molekula u membrani je desetine puta manji od molekula lipida. Obično su proteinski molekuli raspršeni. Oni su, takoreći, otopljeni u membrani, mogu se pomicati i mijenjati svoj položaj u njoj. To je bio razlog zašto je struktura membrane nazvana tečni mozaik. Molekuli lipida se također mogu kretati duž membrane, pa čak i skakati s jednog lipidnog sloja na drugi. Posljedično, membrana ima znakove fluidnosti i istovremeno ima svojstvo samosastavljanja, može se oporaviti od oštećenja zbog svojstva molekula lipida da se nakupljaju u dvostrukom sloju lipida.
Molekuli proteina mogu prožimati cijelu membranu tako da njihovi krajevi strše izvan njenih poprečnih granica. Takvi proteini se nazivaju transmembranski ili integralni. Postoje i proteini koji su samo djelimično ugrađeni u membranu ili se nalaze na njenoj površini.
Proteini stanične membrane imaju višestruke funkcije. Za implementaciju svake funkcije, genom ćelije pokreće sintezu specifičnog proteina. Čak iu relativno jednostavno uređenoj membrani eritrocita, postoji oko 100 različitih proteina. Među najvažnijim funkcijama membranskih proteina su: 1) receptor – interakcija sa signalnim molekulima i prenos signala do ćelije; 2) transport - prenos supstanci kroz membrane i obezbeđivanje razmene između citosola i okoline. Postoji nekoliko vrsta proteinskih molekula (translokaza) koje obezbjeđuju transmembranski transport. Među njima su i proteini koji formiraju kanale koji prodiru kroz membranu i kroz njih se odvija difuzija određenih supstanci između citosola i ekstracelularnog prostora. Takvi kanali su najčešće ionsko selektivni, tj. dozvoljeno je da prođu samo joni jedne supstance. Postoje i kanali čija je selektivnost manja, na primjer, oni prolaze ione Na + i K +, K + i C1 ~. Postoje i proteini nosači koji osiguravaju transport tvari kroz membranu mijenjajući njihov položaj u ovoj membrani; 3) adhezivni - proteini, zajedno sa ugljenim hidratima, učestvuju u sprovođenju adhezije (adhezija, adhezija ćelija tokom imunoloških reakcija, kombinovanje ćelija u slojeve i tkiva); 4) enzimski - neki proteini ugrađeni u membranu deluju kao katalizatori biohemijskih reakcija čiji je tok moguć samo u kontaktu sa ćelijskim membranama; 5) mehanički - proteini obezbeđuju čvrstoću i elastičnost membrana, njihovu vezu sa citoskeletom. Na primjer, u eritrocitima takvu ulogu ima protein spektrin, koji je u obliku mrežaste strukture vezan za unutrašnju površinu membrane eritrocita i povezan je s intracelularnim proteinima koji čine citoskelet. To daje eritrocitima elastičnost, mogućnost promjene i obnavljanja oblika prilikom prolaska kroz krvne kapilare.
Ugljikohidrati čine samo 2-10% mase membrane, a njihova količina u različitim stanicama je promjenjiva. Zahvaljujući ugljikohidratima, provode se neke vrste međućelijskih interakcija, oni sudjeluju u prepoznavanju stranih antigena od strane ćelije i zajedno s proteinima stvaraju neku vrstu antigenske strukture površinske membrane vlastite ćelije. Za takve antigene, ćelije se međusobno prepoznaju, spajaju u tkivo i kratko se drže zajedno kako bi prenijele signalne molekule. Jedinjenja proteina sa šećerima nazivaju se glikoproteini. Ako se ugljikohidrati kombiniraju s lipidima, tada se takve molekule nazivaju glikolipidi.
Zbog interakcije tvari koje ulaze u membranu i relativnog uređenja njihovog rasporeda, ćelijska membrana poprima niz svojstava i funkcija koje se ne mogu svesti na jednostavan zbir svojstava tvari koje je formiraju.
Funkcije ćelijskih membrana i mehanizmi njihove implementacije
Do glavnogfunkcije ćelijskih membrana odnose se na stvaranje membrane (barijere) koja odvaja citosol od
^ pritiskom srijeda, i definisanje granica i oblik ćelije; o \ osiguravanju međućelijskih kontakata, u pratnji pjevati membrane (adhezija). Međućelijska adhezija je važna ° I ujedinjenje iste vrste ćelija u tkivo, formiranje njegovog hematički barijere, provođenje imunoloških reakcija; ^ h 0 bdobrazhenie> keniya signalne molekule i interakcija s njima, kao i prijenos signala u ćeliju; 4) obezbeđivanje membranskih proteina-enzima za katalizu biohemije reakcije, ide u sloj blizu membrane. Neki od ovih proteina djeluju i kao receptori. Vezivanje liganda za stackim receptor aktivira njegova enzimska svojstva; 5) osiguravanje polarizacije membrane, stvarajući razliku električni potencijali između eksternih i interni strana membrane; 6) stvaranje imunološke specifičnosti ćelije zbog prisustva antigena u strukturi membrane. Ulogu antigena, po pravilu, obavljaju regije proteinskih molekula koje strše iznad površine membrane i pridružene molekule ugljikohidrata. Imunološka specifičnost je važna u integraciji ćelija u tkivo i interakciji sa ćelijama koje vrše imunološki nadzor u telu; 7) obezbeđivanje selektivne permeabilnosti supstanci kroz membranu i njihovog transporta između citosola i okoline (vidi dole).
Navedena lista funkcija ćelijskih membrana ukazuje da one višestruko učestvuju u mehanizmima neurohumoralne regulacije u tijelu. Bez poznavanja niza pojava i procesa koje pružaju membranske strukture, nemoguće je razumjeti i svjesno izvesti neke dijagnostičke procedure i terapijske mjere. Na primjer, za pravilnu upotrebu mnogih ljekovitih tvari potrebno je znati u kojoj mjeri neke od njih prodiru iz krvi u tkivnu tekućinu i u citosol.
Difuzno i ja i transport supstanci kroz ćeliju Membrane. Prijelaz tvari kroz ćelijske membrane odvija se zbog različitih vrsta difuzije, odnosno aktivnih
transport.
Jednostavna difuzija vrši se zbog gradijenata koncentracije određene tvari, električnog naboja ili osmotskog tlaka između strana stanične membrane. Na primjer, prosječni sadržaj natrijevih jona u krvnoj plazmi je 140 mM / L, au eritrocitima - otprilike 12 puta manje. Ova razlika koncentracije (gradijent) stvara pokretačku silu koja omogućava da natrij prelazi iz plazme u crvena krvna zrnca. Međutim, brzina takvog prijelaza je mala, jer membrana ima vrlo nisku permeabilnost za jone Na +, a propusnost ove membrane za kalij je mnogo veća. Procesi jednostavne difuzije ne troše energiju staničnog metabolizma. Povećanje brzine jednostavne difuzije je direktno proporcionalno gradijentu koncentracije tvari između strana membrane.
Olakšana difuzija, kao i jednostavan, prati gradijent koncentracije, ali se razlikuje od jednostavnog po tome što su specifični molekuli nosači nužno uključeni u tranziciju tvari kroz membranu. Ovi molekuli prožimaju membranu (mogu formirati kanale) ili su barem povezani s njom. Supstanca koja se transportuje mora kontaktirati prevoznika. Nakon toga, nosač mijenja svoju lokalizaciju u membrani ili svoju konformaciju na način da isporučuje supstancu na drugu stranu membrane. Ako je za transmembranski prijelaz tvari potrebno sudjelovanje nosača, tada se umjesto izraza "difuzija" često koristi izraz transport materije kroz membranu.
Kod olakšane difuzije (za razliku od jednostavne difuzije), ako dođe do povećanja gradijenta transmembranske koncentracije tvari, tada se brzina njenog prijelaza kroz membranu povećava samo dok ne budu uključeni svi membranski nosači. Daljnjim povećanjem ovog nagiba, brzina transporta će ostati nepromijenjena; to se zove fenomen zasićenja. Primjeri transporta tvari olakšanom difuzijom su: prijenos glukoze iz krvi u mozak, reapsorpcija aminokiselina i glukoze iz primarnog urina u krv u bubrežnim tubulima.
Difuzija razmjene - transport supstanci, u kojem može doći do razmene molekula iste supstance koja se nalazi na različitim stranama membrane. Koncentracija tvari na svakoj strani membrane ostaje nepromijenjena.
Vrsta razmjenske difuzije je izmjena molekula jedne supstance za jedan ili više molekula druge supstance. Na primjer, u glatkim mišićnim vlaknima krvnih sudova i bronhija, jedan od načina uklanjanja Ca 2+ jona iz ćelije je njihova zamjena za vanćelijske ione Na +. Jedan ion kalcija se uklanja iz ćelije za tri ulazna jona natrijuma. . Stvara se međuzavisno kretanje natrijuma i kalcijuma kroz membranu u suprotnim smjerovima (ovaj vid transporta se naziva antiport). Tako se ćelija oslobađa viška Ca 2+, a to je preduslov za opuštanje glatkih mišićnih vlakana. Poznavanje mehanizama transporta jona kroz membrane i načina uticaja na ovaj transport je neophodan uslov ne samo za razumevanje mehanizama regulacije vitalnih funkcija, već i za pravilan izbor lekova za lečenje velikog broja bolesti (hipertenzija). , bronhijalna astma, srčane aritmije, poremećaji metabolizma vode i soli i dr.).
Aktivan transport razlikuje se od pasivnog po tome što ide protiv gradijenta koncentracije supstance, koristeći ATP energiju generisanu staničnim metabolizmom. Zahvaljujući aktivnom transportu, sile ne samo koncentracije već i električnog gradijenta mogu se savladati. Na primjer, aktivnim transportom Na+ iz ćelije prema van, ne prevazilazi se samo gradijent koncentracije (izvan ćelijske membrane je sadržaj Na+ 10-15 puta veći), već i otpor električnog naboja (izvan ćelijske membrane). u velikoj većini ćelija je pozitivno naelektrisan, a to stvara opoziciju oslobađanju pozitivno naelektrisanog Na+ iz kaveza).
Aktivni transport Na + obezbeđuje protein Na +, K + -zavisna ATPaza. U biohemiji se nazivu proteina dodaje završetak "aza" ako ima enzimska svojstva. Dakle, naziv Na +, K + -zavisna ATPaza znači da je ova supstanca protein koji razgrađuje adenozin trifosfornu kiselinu samo uz obavezno prisustvo interakcije sa Na + i K + jonima natrijuma i transportom dva jona kalijuma u ćelija.
Postoje i proteini koji aktivno transportuju ione vodonika, kalcija i hlora. U vlaknima skeletnih mišića u membrane sarkoplazmatskog retikuluma ugrađuje se Ca 2+-zavisna ATPaza, koja formira unutarćelijske posude (cisterne, longitudinalne tubule) u kojima se akumulira Ca 2+ i može stvoriti u njima koncentraciju Ca+ koja se približava 1 (G 3 M, tj. 10.000 puta veći nego u sarkoplazmi vlakna.
Sekundarni aktivni transport karakterizira činjenica da je prijenos tvari kroz membranu posljedica gradijenta koncentracije druge tvari, za koju postoji aktivan mehanizam transporta. Do sekundarnog aktivnog transporta najčešće dolazi zbog upotrebe gradijenta natrijuma, odnosno Na+ prolazi kroz membranu prema nižoj koncentraciji i sa sobom povlači drugu supstancu. U ovom slučaju se obično koristi specifični protein nosač ugrađen u membranu.
Na primjer, transport aminokiselina i glukoze iz primarnog urina u krv, koji se vrši u početnom dijelu bubrežnih tubula, nastaje zbog činjenice da transportni protein tubularne membrane epitel se vezuje za aminokiselinu i natrijum jon i tek tada mijenja svoj položaj u membrani na način da prenosi aminokiselinu i natrijum u citoplazmu. Za postojanje takvog transporta potrebno je da je koncentracija natrijuma izvan ćelije mnogo veća nego unutar ćelije.
Za razumijevanje mehanizama humoralne regulacije u organizmu potrebno je poznavati ne samo strukturu i propusnost staničnih membrana za različite tvari, već i strukturu i propusnost složenijih formacija koje se nalaze između krvi i tkiva različitih organa.
Fiziologija histohematogenih barijera (HGB). Histohematske barijere su kombinacija morfoloških, fizioloških i fizičko-hemijskih mehanizama koji funkcioniraju kao cjelina i reguliraju interakcije između krvi i organa. Histohematogene barijere su uključene u stvaranje homeostaze tijela i pojedinih organa. Zbog prisustva GHB, svaki organ živi u svom posebnom okruženju, koje se po sastavu pojedinih sastojaka može značajno razlikovati od krvne plazme. Posebno snažne barijere postoje između krvi i mozga, krvi i tkiva spolnih žlijezda, krvi i vlage u komorama oka. Direktan kontakt sa krvlju ima barijerni sloj formiran od endotela krvnih kapilara, zatim postoji bazalna membrana sa spericitima (srednji sloj), a zatim adventicijske ćelije organa i tkiva (spoljni sloj). Histohematogene barijere, mijenjajući njihovu propusnost za različite tvari, mogu ograničiti ili olakšati njihovu dostavu do organa. Za brojne otrovne tvari, oni su nepropusni. To je njihova zaštitna funkcija.
Krvno-moždana barijera (BBB) - to je skup morfoloških struktura, fizioloških i fizičko-hemijskih mehanizama koji funkcioniraju kao cjelina i reguliraju interakciju krvi i moždanog tkiva. Morfološka osnova BBB-a je endotel i bazalna membrana moždanih kapilara, intersticijski elementi i glikokaliks, neuroglija, čije osebujne ćelije (astrociti) svojim nogama prekrivaju cijelu površinu kapilare. Mehanizmi barijere takođe uključuju transportne sisteme endotela zidova kapilara, uključujući pino- i egzocitozu, endoplazmatski retikulum, formiranje kanala, enzimske sisteme koji modifikuju ili uništavaju dolazne supstance, kao i proteine koji obavljaju funkciju nosača. . U strukturi membrana endotela kapilara mozga, kao i u nizu drugih organa, nalaze se proteini akvaporini koji stvaraju kanale koji selektivno prolaze molekule vode.
Moždane kapilare se razlikuju od kapilara drugih organa po tome što endotelne ćelije čine neprekidni zid. Na mjestima kontakta, vanjski slojevi endotelnih stanica se spajaju, formirajući takozvane čvrste kontakte.
Među funkcijama BBB-a su zaštitna i regulatorna. Štiti mozak od djelovanja stranih i toksičnih supstanci, učestvuje u transportu tvari između krvi i mozga i time stvara homeostazu međustanične tekućine mozga i likvora.
Krvno-moždana barijera je selektivno propusna za različite supstance. Neke biološki aktivne tvari (na primjer, kateholamini) teško prolaze kroz ovu barijeru. Izuzetak je samo mala područja barijere na granici sa hipofizom, epifizom i nekim područjima hipotalamusa, gdje je propusnost BBB za sve supstance visoka. U tim područjima postoje praznine ili kanali koji prodiru u endotel, kroz koje tvari iz krvi prodiru u ekstracelularnu tekućinu moždanog tkiva ili u same neurone.
Visoka permeabilnost BBB-a u ovim područjima omogućava biološki aktivnim supstancama da dođu do onih neurona hipotalamusa i ćelija žlezda, na kojima je zatvoren regulacioni krug neuroendokrinog sistema tela.
Karakteristična karakteristika funkcionisanja BBB-a je regulacija permeabilnosti za supstance adekvatno preovlađujućim uslovima. Regulacija je uzrokovana: 1) promjenama u području otvorenih kapilara, 2) promjenama u protoku krvi, 3) promjenama stanja ćelijskih membrana i međućelijske supstance, aktivnosti ćelijskih enzimskih sistema, pino i egzocitoze.
Vjeruje se da BBB, stvarajući značajnu prepreku prodiranju supstanci iz krvi u mozak, istovremeno dobro propušta te tvari u suprotnom smjeru iz mozga u krv.
Propustljivost BBB-a za različite supstance uveliko varira. Supstance rastvorljive u mastima, po pravilu, lakše prodiru u BBB od onih rastvorljivih u vodi. Kiseonik, ugljen dioksid, nikotin, etil alkohol, heroin, antibiotici rastvorljivi u mastima (hloramfenikol itd.) relativno lako prodiru.
Glukoza nerastvorljiva u lipidima i neke esencijalne aminokiseline ne mogu proći u mozak jednostavnom difuzijom. Prepoznaju ih i prevoze specijalni prevoznici. Transportni sistem je toliko specifičan da razlikuje stereoizomere D- i L-glukoze.D-glukoza se transportuje, ali L-glukoza nije. Ovaj transport osiguravaju proteini nosači ugrađeni u membranu. Transport je neosjetljiv na inzulin, ali ga potiskuje citoholazin B.
Velike neutralne aminokiseline (npr. fenilalanin) se transportuju na sličan način.
Postoji i aktivan transport. Na primjer, zbog aktivnog transporta protiv gradijenata koncentracije transportuju se ioni Na + K +, aminokiselina glicin, koja obavlja funkciju inhibitornog medijatora.
Navedeni materijali karakterišu načine prodiranja biološki važnih supstanci kroz biološke barijere. Oni su neophodni za razumijevanje humoralnih propisa. lezije u organizmu.
Test pitanja i zadaci
Koji su glavni uslovi za održavanje vitalne aktivnosti organizma?
Kakva je interakcija tijela sa vanjskim okruženjem? Dajte definiciju pojma prilagođavanja okruženju postojanja.
Šta je unutrašnja sredina tijela i njegove komponente?
Šta su homeostaza i homeostatske konstante?
Koje su granice fluktuacija krutih i plastičnih homeostatskih konstanti. Dajte definiciju koncepta njihovih cirkadijanskih ritmova.
Navedite najvažnije koncepte teorije homeostatske regulacije.
7 Dajte definiciju iritacije i iritansa. Kako se klasifikuju iritanti?
Koja je razlika između pojma "receptor" sa molekularno biološke i morfofunkcionalne tačke gledišta?
Dajte definiciju pojma liganada.
Šta je fiziološka regulacija i regulacija zatvorene petlje? Koji su njeni sastojci?
Navedite vrste i ulogu povratnih informacija.
Dajte definiciju pojma polazne tačke homeostatske regulacije.
Koji su nivoi regulatornih sistema?
Koje je jedinstvo i karakteristične karakteristike nervne i humoralne regulacije u organizmu?
Koje su vrste humoralne regulacije? Navedite njihove karakteristike.
Koja je struktura i svojstva ćelijskih membrana?
17 Koje su funkcije ćelijskih membrana?
Šta je difuzija i transport supstanci kroz ćelijske membrane?
Dajte karakterizaciju i navedite primjere aktivnog membranskog transporta.
Dajte definiciju pojma histohematogene barijere.
Šta je krvno-moždana barijera i koja je njena uloga? t;
Regulacija funkcija ćelija, tkiva i organa, odnos između njih, tj. integritet organizma, a jedinstvo organizma i spoljašnje sredine ostvaruje se nervnim sistemom i humoralnim putem. Drugim riječima, imamo dva mehanizma regulacije funkcija – nervni i humoralni.
Nervnu regulaciju provode nervni sistem, mozak i kičmena moždina preko nerava koji se snabdevaju svim organima našeg tela. Tijelo je stalno pod utjecajem određenih iritacija. Organizam na sve te podražaje odgovara određenom aktivnošću ili, kako je uobičajeno stvarati, dolazi do prilagođavanja funkcije organizma na stalno promjenljive uvjete vanjske sredine. Dakle, smanjenje temperature zraka praćeno je ne samo sužavanjem krvnih žila, već i povećanjem metabolizma u stanicama i tkivima i, posljedično, povećanjem proizvodnje topline. Zbog toga se uspostavlja određena ravnoteža između prijenosa topline i stvaranja topline, ne dolazi do hipotermije tijela, a održava se konstantnost tjelesne temperature. Iritacija okusnih pupoljaka trakica usne šupljine hranom uzrokuje odvajanje pljuvačke i drugih probavnih sokova. pod čijim uticajem dolazi do varenja hrane. Zbog toga potrebne tvari ulaze u stanice i tkiva, te se uspostavlja određena ravnoteža između disimilacije i asimilacije. Po ovom principu reguliraju se i druge funkcije tijela.
Nervna regulacija je refleksne prirode. Receptori percipiraju različite podražaje. Rezultirajuća uzbuđenost od receptora duž senzornih nerava prenosi se na centralni nervni sistem, a odatle duž motoričkih nerava do organa koji obavljaju određene aktivnosti. Takve reakcije organizma na iritacije vrše se kroz centralni nervni sistem. su pozvani refleksi. Put kojim se ekscitacija prenosi tokom refleksa naziva se refleksni luk. Refleksi su različiti. I.P. Pavlov je podelio sve reflekse na bezuslovno i uslovno. Bezuslovni refleksi su urođeni refleksi, naslijeđeni. Primjer takvih refleksa su vazomotorni refleksi (vazokonstrikcija ili proširenje krvnih žila kao odgovor na iritaciju kože hladnoćom ili toplinom), refleks salivacije (salivacija kada su pupoljci okusa iritirani hranom) i mnogi drugi.
Uslovni refleksi su stečeni refleksi, razvijaju se tokom života životinje ili osobe. Ovi refleksi se javljaju
samo pod određenim uslovima mogu nestati. Primjer uslovnih refleksa je odvajanje pljuvačke pri pogledu na siromaštvo, na osjećaj mirisa hrane, a kod čovjeka čak i kada se o tome govori.
Humoralna regulacija (Humor - tečnost) se vrši putem krvi i drugih tečnosti i, koje čine unutrašnju sredinu tela, raznim hemikalijama koje se proizvode u samom telu ili dolaze iz spoljašnje sredine. Primjeri takvih supstanci su hormoni koje luče endokrine žlijezde i vitamini koji u organizam ulaze hranom. Hemikalije se raznose krvlju kroz tijelo i utječu na različite funkcije, posebno na metabolizam u stanicama i tkivima. Štoviše, svaka tvar utječe na određeni proces koji se odvija u ovom ili onom organu.
Nervni i humoralni mehanizmi regulacije funkcija su međusobno povezani. Dakle, nervni sistem vrši regulatorno djelovanje na organe ne samo direktno preko nerava, već i preko endokrinih žlijezda, mijenjajući intenzitet stvaranja hormona u tim organima i njihovog ulaska u krv.
Zauzvrat, mnogi hormoni i druge supstance utiču na nervni sistem.
U živom organizmu nervna i humoralna regulacija različitih funkcija odvija se po principu samoregulacije, tj. automatski. Prema ovom principu regulacije krvni pritisak, konstantnost sastava i fizičko-hemijskih svojstava krvi, te tjelesna temperatura održavaju se na određenom nivou. metabolizam, aktivnost srca, disajnih i drugih organskih sistema tokom fizičkog rada i dr. menjaju se na strogo koordiniran način.
Zbog toga se održavaju određeni relativno konstantni uslovi u kojima se odvija aktivnost ćelija i tkiva organizma, odnosno održava se konstantnost unutrašnje sredine.
Treba napomenuti da kod ljudi nervni sistem igra vodeću ulogu u regulaciji vitalne aktivnosti organizma.
Dakle, ljudsko tijelo je jedinstven, cjelovit, složen, samoregulirajući i samorazvijajući biološki sistem koji ima određene rezervne sposobnosti. Gde
znati da se sposobnost obavljanja fizičkog rada može višestruko povećati, ali do određene granice. Dok mentalna aktivnost praktično nema ograničenja u svom razvoju.
Sustavna mišićna aktivnost omogućava, poboljšanjem fizioloških funkcija, da se mobiliziraju tjelesne rezerve, za čije postojanje mnogi ni ne znaju. Treba napomenuti da postoji obrnuti proces, pad funkcionalnih sposobnosti organizma i ubrzano starenje sa smanjenjem fizičke aktivnosti.
Tokom fizičkih vežbi poboljšava se viša nervna aktivnost i funkcije centralnog nervnog sistema. neuromuskularni. kardiovaskularni, respiratorni, ekskretorni i drugi sistemi, metabolizam i energija, kao i sistem njihove neurohumoralne regulacije.
Ljudsko tijelo, koristeći svojstva samoregulacije unutrašnjih procesa pod vanjskim utjecajem, ostvaruje najvažnije svojstvo - prilagođavanje promjenjivim vanjskim uslovima, koje je odlučujući faktor u sposobnosti razvoja fizičkih kvaliteta i motoričkih sposobnosti tokom treninga.
Razmotrimo detaljnije prirodu fizioloških promjena tokom treninga.
Fizička aktivnost dovodi do raznih metaboličkih promjena, čija priroda ovisi o trajanju, snazi rada i broju uključenih mišića. Prilikom fizičkog napora preovlađuju katabolički procesi, mobilizacija i korištenje energetskih supstrata, dolazi do nakupljanja međuprodukta metabolizma. Period odmora karakterizira prevlast anaboličkih procesa, akumulacija rezerve hranjivih tvari i pojačana sinteza proteina.
Brzina oporavka ovisi o veličini promjena koje se javljaju tokom rada, odnosno o veličini opterećenja.
Tokom perioda odmora eliminiraju se metaboličke promjene koje su nastale tokom mišićne aktivnosti. Ako tijekom fizičkog napora prevladavaju katabolički procesi, mobilizacija i korištenje energetskih supstrata, akumulacija srednjih metaboličkih proizvoda, tada period odmora karakterizira dominacija anaboličkih procesa, akumulacija rezerve hranjivih tvari i pojačana sinteza proteina. .
U postradnom periodu povećava se intenzitet aerobne oksidacije, povećava se potrošnja kiseonika, tj. dug kiseonika je eliminisan. Oksidacijski supstrat su srednji metabolički produkti koji nastaju u procesu mišićne aktivnosti, mliječna kiselina, ketonska tijela i keto kiseline. Rezerve ugljikohidrata tokom fizičkog rada u pravilu su značajno smanjene, stoga masne kiseline postaju glavni supstrat za oksidaciju. Zbog povećane upotrebe lipida tokom perioda oporavka, respiratorni koeficijent se smanjuje.
Period oporavka karakteriše pojačana biosinteza proteina, koja se inhibira tokom fizičkog rada, a povećava se i stvaranje i izlučivanje krajnjih produkata metabolizma proteina (uree i dr.).
Stopa oporavka zavisi od veličine promena koje se dešavaju tokom rada, tj. na veličinu opterećenja, što je šematski prikazano na sl. 1
Slika 1 Dijagram procesa trošenja i povrata izvora
energije tokom mišićne aktivnosti vojnog intenziteta
Oporavak promjena nastalih pod utjecajem opterećenja niskog i srednjeg intenziteta je sporiji nego nakon opterećenja povećanog i ekstremnog intenziteta, što se objašnjava dubljim promjenama u periodu rada. Nakon povećanog intenziteta opterećenja, promatranog pokazatelja metabolizma, tvari ne samo da dostižu početni nivo, već ga i premašuju. Ovo povećanje iznad početnog nivoa naziva se prekomerni oporavak (superkompenzacija)... Registruje se samo kada opterećenje pređe određeni nivo po veličini, tj. kada nastale metaboličke promjene utiču na genetski aparat ćelije. Ozbiljnost prekomjernog oporavka i njegovo trajanje su u direktnoj proporciji sa intenzitetom opterećenja.
Važan je fenomen natprirodnog ponašanja: mehanizam adaptacije (organa) na promijenjene uslove funkcionisanja i važan je za razumijevanje biohemijskih osnova sportskog treninga. Treba napomenuti da se, kao opšta biološka pravilnost, odnosi ne samo na akumulaciju energetskog materijala, već i na sintezu proteina, što se posebno manifestuje u obliku radne hipertrofije skeletnih mišića, srčanog mišića. . Nakon intenzivnog opterećenja povećava se sinteza niza enzima (indukcija enzima), povećava se koncentracija kreatin fosfata, mioglobina i dolazi do niza drugih promjena.
Utvrđeno je da aktivna mišićna aktivnost izaziva povećanje aktivnosti kardiovaskularnog, respiratornog i drugih sistema organizma. U bilo kojoj ljudskoj aktivnosti, svi organi i sistemi tijela djeluju usklađeno, u bliskom jedinstvu. Ovaj odnos se ostvaruje uz pomoć nervnog sistema i humoralne (tečnosti) regulacije.
Nervni sistem reguliše aktivnost tela putem bioelektričnih impulsa. Glavni nervni procesi su ekscitacija i inhibicija koji se javljaju u nervnim ćelijama. Uzbuđenje- aktivno stanje nervnih ćelija, kada prenose mulj, "usmjeravaju same nervne impulse na druge ćelije: nervne, mišićne, žljezdane i druge. Kočenje- stanje nervnih ćelija, kada je njihova aktivnost usmerena na obnovu.Spavanje, na primer, je stanje nervnog sistema kada je inhibiran ogroman broj nervnih ćelija centralnog nervnog sistema.
Humoralna regulacija se vrši kroz krv pomoću posebnih hemikalija (hormona) koje luče endokrine žlezde, odnos koncentracije CO2 i O2 drugim mehanizmima. Na primjer, u predstartnom stanju, kada se očekuje intenzivna fizička aktivnost, endokrine žlijezde (nadbubrežne žlijezde) luče u krv poseban hormon adrenalin, koji pomaže u jačanju aktivnosti kardiovaskularnog sistema.
Humoralna i nervna regulacija se provode u jedinstvu. Vodeća uloga je data centralnom nervnom sistemu, mozgu, koji je, takoreći, centralni stožer vitalnih funkcija organizma.
Složena struktura ljudskog tijela trenutno je vrhunac evolucijskih transformacija. Takav sistem zahtijeva posebne metode koordinacije. Humoralna regulacija se provodi uz pomoć hormona. Ali nervni je koordinacija aktivnosti uz pomoć istoimenog sistema organa.
Šta je regulacija tjelesnih funkcija
Ljudsko tijelo ima veoma složenu strukturu. Od ćelija do organskih sistema, to je međusobno povezan sistem, za čije normalno funkcionisanje mora biti stvoren jasan regulatorni mehanizam. Izvodi se na dva načina. Prva metoda je najbrža. To se zove neuronska regulacija. Ovaj proces implementira istoimeni sistem. Postoji zabluda da se humoralna regulacija provodi uz pomoć nervnih impulsa. Međutim, to uopće nije slučaj. Humoralna regulacija se provodi uz pomoć hormona koji ulaze u tjelesne tekućine.
Osobine nervne regulacije
Ovaj sistem uključuje centralno i periferno odjeljenje. Ako se humoralna regulacija tjelesnih funkcija provodi uz pomoć hemikalija, onda je ova metoda "transportna magistrala" koja povezuje tijelo u jedinstvenu cjelinu. Ovaj proces se odvija dovoljno brzo. Zamislite samo da ste rukom dodirnuli vruću peglu ili zimi bosi ušli u snijeg. Reakcija tijela će biti gotovo trenutna. Ima najvažniju zaštitnu vrijednost, doprinosi adaptaciji i preživljavanju u različitim uvjetima. Nervni sistem je u osnovi urođenih i stečenih reakcija tijela. Prvi su bezuslovni refleksi. To uključuje disanje, sisanje, treptanje. I vremenom se kod osobe formiraju stečene reakcije. To su bezuslovni refleksi.
Osobine humoralne regulacije
Humoralna uprava se provodi uz pomoć specijalizovanih tijela. One se zovu žlezde i kombinovane su u poseban sistem koji se zove endokrini sistem. Ovi organi su formirani od posebnog tipa epitelnog tkiva i sposobni su za regeneraciju. Djelovanje hormona je dugotrajno i nastavlja se tokom cijelog života osobe.
Šta su hormoni
Žlijezde oslobađaju hormone. Zbog svoje posebne strukture, ove tvari ubrzavaju ili normaliziraju različite fiziološke procese u tijelu. Na primjer, u bazi mozga nalazi se hipofiza. Nastaje kao rezultat čijeg djelovanja se ljudsko tijelo povećava u veličini više od dvadeset godina.
Žlijezde: strukturne i funkcionalne karakteristike
Dakle, humoralna regulacija u tijelu se provodi uz pomoć posebnih organa - žlijezda. One obezbjeđuju postojanost unutrašnjeg okruženja, odnosno homeostazu. Njihovo djelovanje je u prirodi povratne informacije. Na primjer, tako važan pokazatelj za tijelo kao što je razina šećera u krvi reguliran je hormonom inzulinom u gornjoj granici i glukagonom u donjoj granici. Ovo je mehanizam djelovanja endokrinog sistema.
Žlijezde vanjskog sekreta
Humoralnu regulaciju vrše žlijezde. Međutim, u zavisnosti od strukturnih karakteristika, ovi organi se kombinuju u tri grupe: spoljašnji (egzokrini), unutrašnji (endokrini) i mešoviti sekret. Primjeri prve grupe su pljuvački, masni i suzni. Karakterizira ih prisustvo vlastitih izvodnih kanala. Egzokrine žlijezde se luče na površinu kože ili u tjelesnu šupljinu.
Endokrine žlezde
Endokrine žlijezde oslobađaju hormone u krv. Nemaju vlastite izvodne kanale, pa se humoralna regulacija vrši pomoću tjelesnih tekućina. Kada uđu u krv ili limfu, prenose se po cijelom tijelu, dolazeći do svake njegove ćelije. A rezultat je ubrzanje ili usporavanje raznih procesa. To može biti rast, seksualni i psihički razvoj, metabolizam, aktivnost pojedinih organa i njihovih sistema.
Hipo- i hiperfunkcija endokrinih žlijezda
Aktivnost svake endokrine žlijezde ima dvije strane medalje. Razmotrimo ovo na konkretnim primjerima. Ako hipofiza luči višak hormona rasta, razvija se gigantizam, a s nedostatkom ove tvari uočava se patuljastost. I jedno i drugo su odstupanja od normalnog razvoja.
Štitna žlijezda luči nekoliko hormona odjednom. To su tiroksin, kalcitonin i trijodtironin. Uz njihov nedovoljan broj, kod dojenčadi se razvija kretenizam, koji se očituje zaostajanjem u mentalnom razvoju. Ako se hipofunkcija javi u odrasloj dobi, ona je praćena oticanjem sluznice i potkožnog tkiva, gubitkom kose i pospanošću. Ako količina hormona ove žlijezde prelazi normalnu granicu, osoba može razviti Gravesovu bolest. Manifestuje se povećanom razdražljivošću nervnog sistema, drhtanjem udova i bezrazložnom anksioznošću. Sve to neminovno dovodi do mršavljenja i gubitka vitalnosti.
U endokrine žlijezde spadaju i paratiroidna žlijezda, timus i nadbubrežne žlijezde. Posljednje žlijezde u trenutku stresne situacije luče hormon adrenalin. Njegovo prisustvo u krvi osigurava mobilizaciju svih vitalnih snaga i sposobnost prilagođavanja i preživljavanja u nestandardnim uvjetima za tijelo. Prije svega, to se izražava u obezbjeđivanju mišićnog sistema potrebnom količinom energije. Hormon obrnutog djelovanja koji također luče nadbubrežne žlijezde naziva se norepinefrin. Neophodan je i za tijelo, jer ga štiti od pretjerane razdražljivosti, gubitka snage, energije, brzog trošenja. Ovo je još jedan primjer obrnutog djelovanja ljudskog endokrinog sistema.
Žlijezde s mješovitim sekretom
To uključuje pankreas i spolne žlijezde. Njihov princip rada je dvostruk. dvije vrste odjednom i glukagon. Oni snižavaju i podižu nivo glukoze u krvi. U zdravom ljudskom tijelu ova regulacija ostaje nezapažena. Međutim, kada je ova funkcija poremećena, nastaje ozbiljna bolest koja se zove dijabetes melitus. Ljudima s ovom dijagnozom potrebna je primjena umjetnog inzulina. Kao žlezda spoljašnje sekrecije, pankreas luči probavni sok. Ova supstanca se luči u prvi dio tankog crijeva - duodenum. Pod njegovim uticajem, tamo se odvija proces razgradnje složenih biopolimera na jednostavne. U ovom dijelu se proteini i lipidi razlažu na svoje sastavne dijelove.
Polne žlezde takođe luče različite hormone. To su muški testosteron i ženski estrogen. Ove supstance počinju da deluju još u toku embrionalnog razvoja, polni hormoni utiču na formiranje pola, a zatim formiraju određene polne karakteristike. Kao egzokrine žlijezde, formiraju gamete. Čovjek je, kao i svi sisari, dvodomni organizam. Njegov reproduktivni sistem ima opšti plan strukture i predstavljen je polnim žlezdama, njihovim kanalima i direktno ćelijama. Kod žena, to su upareni jajnici s njihovim putevima i jajnim stanicama. Kod muškaraca, reproduktivni sistem se sastoji od testisa, izvodnih kanala i spermatozoida. U ovom slučaju ove žlijezde djeluju kao žlijezde vanjskog lučenja.
Nervna i humoralna regulacija su usko povezane. Oni rade kao jedan mehanizam. Humoral je drevnijeg porijekla, ima dugotrajan učinak i djeluje na cijeli organizam, jer se hormoni prenose krvlju i idu u svaku ćeliju. A nervozni radi tačkasto, u određeno vreme i na određenom mestu po principu "ovde i sada". Nakon promjene uslova, njegovo djelovanje prestaje.
Dakle, humoralna regulacija fizioloških procesa se provodi uz pomoć endokrinog sistema. Ovi organi su sposobni da oslobađaju posebne biološki aktivne supstance zvane hormoni u tečne medije.
Učitavanje ...