Регуляция дыхания Понятие дыхания в цигун, равно как и в древних системах даоинь, связано с понятием ци. В одних случаях это полные синонимы («напитать тело небесным ци»), в других – взаимодополняющие факторы. Различные типы дыхания создают и различную циркуляцию ци в

Гуморальная физиопатология и гидротерапия (водолечение) Среди веществ, которые образуют структуру живого организма, преобладающая часть представлена водой, заключающей в себе минералы. Так, в мозгу вода составляет 77 %, если принимать во внимание мозг вместе с мозговыми

Гуморальная регуляция деятельности сердца На работу сердца прежде всего влияют медиаторы ацетилхолин, выделяющийся в окончаниях парасимпатических нервов, он тормозит деятельность сердца, а также адреналин и норадреналин – медиаторы симпатических нервов, оказывающие

Гуморальная регуляция сосудистого тонуса Гуморальная регуляция просвета сосудов осуществляется за счет химических, растворенных в крови веществ, к которым относятся гормоны общего действия, местные гормоны, медиаторы и продукты метаболизма. Их можно разделить на две

Гуморальная регуляция лимфотока и лимфообразования Адреналин – усиливает ток лимфы по лимфатическим сосудам брыжейки и повышает давление в грудной полости.Гистамин – усиливает лимфообразование за счет увеличения проницаемости кровеносных капилляров, стимулирует

Гуморальная регуляция дыхания Главным физиологическим стимулом дыхательных центров является двуокись углерода. Регуляция дыхания обусловливает поддержание нормального содержания СО2 в альвеолярном воздухе и артериальной крови. Возрастание содержания СО2 в

Регуляция слюноотделения При поступлении пищи в ротовую полость происходит раздражение механо-, термо- и хеморецепторов слизистой оболочки. Возбуждение от этих рецепторов по чувствительным волокнам язычного (ветвь тройничного нерва) и языкоглоточного нервов,

Акт дефекации и его регуляция Каловые массы удаляются с помощью акта дефекации, представляющего сложнорефлекторный процесс опорожнения дистального отдела толстой кишки через задний проход. При наполнении ампулы прямой кишки калом и повышении в ней давления до 40 – 50 см

Гуморальная Ведущая роль в регуляции деятельности почек принадлежит гуморальной системе. На работу почек оказывают влияние многие гормоны, главными из которых являются антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин, и альдостерон.Антидиуретический гормон (АДГ), или

Гуморальная регуляция боли Медиаторы: ацетилхолин, адреналин, норадреналин, серотонин активируют хемоноцицепторы. Ацетилхолин вызывает жгучую боль при подкожном введении или при накалывании на слизистую оболочку. Эта боль длится, как правило, 15 – 45 мин и может быть

План:

1. Гуморальная регуляция

2. Гипоталамо-гипофизарная система как основной механизм нервно-гуморальной регуляции секреции гормонов.

3. Гормоны гипофиза

4. Гормоны щитовидной железы

5. Гормоны паращитовидных желез

6. Гормоны поджелудочной железы

7. Роль гормонов в адаптации организма при действии стрессовых факторов

Гуморальная регуляция - это разновидность биологической регуляции при которой информация передается с помощью биологически активных веществ, которые разносятся по организму кровью, лимфой, межклеточной жидкостью.

Гуморальная регуляция отличается от нервной:

носитель информации - химическое вещество (при нервной - нервный импульс, ПД);

передача информации осуществляется током крови, лимфы, путем диффузии (при нервной - нервными волокнами);

гуморальный сигнал распространяется медленнее (с током крови в капиллярах - 0,05 мм/с) чем нервный (до 120-130 м/с);

гуморальный сигнал не имеет такого точного «адресата» (нервный - очень конкретный и точный), воздействия на те органы, которые имеют к гормону рецепторы.

Факторы гуморальной регуляции:

«классические» гормоны

Гормоны АПУД системы

Классические, собственно гормоны - это вещества синтезируемые железами внутренней секреции. Это гормоны гипофиза, гипоталамуса, эпифиза, надпочечников; поджелудочной, щитовидной, паращитовидной, вилочковой, половых желез, плаценты (Рис. I).

Кроме эндокринных желез, в различных орынач и тканях есть специализированные клетки, которые сини шруют вещества, действующие на клетки-мишени с помощью диффузии, т. е. поступая в сровь, местно. Это гормоны паракринного действия.

К ним принадлежат нейроны гипоталамуса, которые вырабатывают некоторые гормоны и нейропептиды, а также клетки АРUD-системы, или системы захвата предшественников аминов и их декарбоксилирования. Примером могут служить: либерины, статины, нейропептиды гипоталамуса; интерстинальные гормоны, компоненты ренин-ангиотензиновой системы.

2) Тканевые гормоны секретируются неспециализированными клетками разного вида: простагландины, энкефалины, компоненты калликреин- ининовой системы, гистамин, серотонин.

3) Метаболические факторы - это неспецифические продукты, которые образуются во всех клетках организма: молочная, пировиноградная ислоты, СО 2 , аденозин и др, а также продукты распада при напряженном метаболизме: повышенное содержание К + , Са 2+ , Na + и т.д.

Функциональное значение гормонов:

1) обеспечение роста, физического, полового, интеллектуального развития;

2) участие в адаптации организма в различных изменяющихся условиях внешней и внутренней среды;

3) поддержание гомеостаза..

Рис. 1 Железы внутренней секреции и их гормоны

Свойства гормонов:

1) специфичность действия;

2) дистантный характер действия;

3) высокая биологическая активность.

1. Специфичность действия обеспечивается тем, что гормоны взаимодействуют со специфическими рецепторами, находящимися в определенных органах-мишенях. В результате каждый гормон действует лишь на конкретные физиологические системы или органы.

2. Дистантность заключается в том, что органы-мишени, на которые действуют гормоны, как правило, расположены далеко от места их образования в эндокринных железах. В отличие от «классических» гормонов, тканевые действуют паракринно, т е. местно, недалеко от места их образования.

Гормоны действуют в очень небольших количествах, в чем и проявляется их высокая биологическая активность . Так, суточная потребность для взрослого составляет: тиреоидных гормонов - 0,3 мг, инсулина - 1,5мг, андрогенов - 5мг, естрогенов - 0,25мг и т.д.

Механизм действия гормонов зависит от их структуры

Гормоны белковой структуры Гормоны стероидной структуры

Рис. 2 Механизм гормонального контроля

Гормоны белковой структуры (Рис.2) взаимодействуют с рецепторами плазматической мембраны клетки, которые являются гликопротеидами, причем специфичность рецептора обусловлена углеводным компонентом. Результатом взаимодействия является активация протеинфосфокиназ, которые обеспечивают

фосфорилирование белков-регуляторов, перенос фосфатных групп от АТФ к гидроксильным группам серина, треонина, тирозина, белка. Конечный эффект действия этих гормонов может быть - сокращение, усиление ферментных процессов, например, гликогенолиза, повышение синтеза белка, повышение секреции и т.д.

Сигнал от рецептора, с которым провзаимодействовал белковый гормон, к протеинкиназе передается с участием специфического посредника или вторичного мессенджера. Такими мессенджерами могут быть (Рис.З):

1) цАМФ;

2) ионы Са 2+ ;

3) диацилглицерин и инозитолтрифосфат;

4) другие факторы.

Рис.З. Механизм мембранной рецепции проведения гормонального сигнала в клетке при участии вторичных посредников.

Гормоны стероидной структуры (Рис.2) легко проникают внутрь клетки через плазматическую мембрану в силу своей липофильности и взаимодействуют в цитозоле со специфическими рецепторами, образуя комплекс «гормон-рецептор», который движется в ядро. В ядре комплекс распадается и гормоны взаимодействуют с ядерным хроматином. В результате этого происходит взаимодействие с ДНК, а затем - индукция матричной РНК. Вследствие активации транскрипции и трансляции спустя 2-3 часа, после воздействия стероида наблюдается усиленный синтез индуцированных белков. В одной клетке стероид влияет на синтез не более 5-7 белков. Известно также, что в одной и той же клетке стероидный гормон может вызывать индукцию синтеза одного белка и репрессию синтеза другого белка (Рис. 4).

Действие тиреоидных гормонов осуществляется через, рецепторы цитоплазмы и ядра, в результате чего индуцируется синтез 10-12 белков.

Рефляция секреции гормонов осуществляется такими механизмами:

1) прямое влияние концентраций субстратов крови на клетки железы;

2) нервная регуляция;

3) гуморальная регуляция;

4) нейрогуморальная регуляция (гипоталамо-гипофизарная система).

В регуляции деятельности эндокринной системы важную роль играет принцип саморегуляции, который осуществляется по типу обратных связей. Различают положительную (например, повышение сахара в крови приводит к повышению секреции инсулина) и отрицательную обратную связь (при повышении в крови уровня тиреоидных гормонов уменьшается продукция тиреотропного гормона и тиреолиберина, которые обеспечивают выброс тиреоидных гормонов).

Итак, прямое влияние концентраций субстратов крови на клетки железы идет по принципу обратных связей. Если в крови изменяется уровень вещества, который контролируется конкретным гормоном, то «слеза отвечает повышением или снижением секреции данного гормона.

Нервная регуляция осуществляется благодаря прямому влиянию симпатических и парасимпатических нервов на синтез и секрецию гормонов нейрогипофиз, мозговой слой надпочечников), а также опосредованно, «меняя интенсивность кровоснабжения железы. Эмоциональные, юихические воздействия через структуры лимбической системы, через ипоталамус - способны существенно влиять на продукцию гормонов.

Гормональная регуляция осуществляется также по принципу обратной связи: если в крови уровень гормона повышается, то в агвет на это снижается выброс тех гормонов, которые контролируют содержание данного гормона, что и приводит к уменьшению его концентрации в кроки.

Например, при повышении уровня кортизона в крови, снижается выброс АКТГ (гормон стимулирующий секрецию гидрокортизона) и как следствие

Снижение его уровня в крови. Другим примером гормональной регуляции может быть такой: мелатонин (гормон эпифиза) модулирует функцию надпочечников, щитовидной железы, половых желез т е. определенный гормон может влиять на содержание в крови других гормональных факторов.

Гипоталамо-гипофизарная система как основной механизм нервно-гуморальной регуляции секреции гормонов.

Функция щитовидной, половых желез, коры надпочечников регулируется гормонами передней доли гипофиза - аденогипофизом. Здесь синтезируются тропные гормоны : адренокортикотропный (АКТГ), тиреотропный (ТТГ), фолликулостимулирующий (ФС) и лютеинизирующий (ЛГ) (Рис. 5).

С некоторой условностью к тройным гормонам относится и соматотропный гормон (гормон роста), который оказывает свое влияние на рост не только прямо, но и опосредованно через гормоны - соматомедины, образующиеся в печени. Все эти тропные гормоны так названы в связи с тем, что они обеспечивают секрецию и синтез соответствующих гормонов других эндокринных желез: АКТГ -

глюкокортикоидов и минералокортикоидов: ТТГ - тиреоидных гормонов; гонадотропные - половые гормоны. Кроме того, в аденогипофизе образуется интермедии (меланоцитостимулирутощий гормон, МЦГ) и пролактин, которые обладают эффектом на периферические органы.

Рис. 5. Регуляция эндокринных желез ЦНС. ТЛ, СЛ, ПЛ, ГЛ и КЛ - оответственно, тиреолиберин, соматолиберин, пролактолиберин, гонадолиберин и кортиколиберин. СС и ПС - соматостатин и пролактостатин. ТТГ - тиреотропный гормон, СТГ - соматотропный гормон (гормон роста), Пр - пролактин, ФСГ - фолликулостимулирующий гормон, ЛГ - лютеинизирующий гормон, АКТГ - адренокортикотропный гормон

Тироксин Трийодтиронин Андрогенны Глюкортикоиды

Эстрогены

В свою очередь, высвобождение всех 7 указанных гормонов аденогипофиза зависит от гормональной активности нейронов гипофизотропной зоны гипоталамуса - в основном паравентрикулярным ядром (ПВЯ). Здесь образуются гормоны, оказывающие стимулирующее или тормозящее влияние на секрецию гормонов аденогипофиза. Стимуляторы называются рилизинг-гормонами (либеринами), ингибиторы - статинами. Выделены тиреолиберин, гонадолиберин. соматостатин, соматолиберин, пролактостатин, пролактолиберин, меланостатин, меланолиберин, кортиколиберин.

Рилизинг-гормоны освобождаются из отростков нервных клеток паравентрикулярного ядра, поступают в портальную венозную систему гипоталамо-гипофиза и с кровью доставляются к аденогипофизу.

Регуляция гормональной активности большинства желез внутренней секреции осуществляется по принципу отрицательной обратной связи: сам гормон, его количество в крови регулирует свое образование. Указанное воздействие опосредуется через образование соответствующих рилизинг- гормонов(Рис. 6,7)

В гипоталамусе (супраоптическое ядро), кроме рилизинг-гормонов, синтезируются вазопрессин (антидиуретический гормон, АДГ) и окситоцин. Которые в виде гранул транспортируются по нервным отросткам в нейрогипофиз. Выделение нейроэндокринными клетками гормонов в кровоток обусловлено рефлекторной нервной стимуляцией.

Рис. 7 Прямые и обратные связи в нейроэндокринно системе.

1 - медленно развивающееся и продолжительное ингибирование секреции гормонов и нейромедиаторов, а также изменение поведения и формирование памяти;

2 - быстро развивающееся, но продолжительное ингибирование;

3 - кратковременное ингибирование

Гормоны гипофиза

В задней доле гипофиза - нейрогипофизе - находятся окситоцин и вазопрессин (АДГ). АДГ влияет на клетки трех типов:

1) клетки почечных канальцев;

2) гладкомышечные клетки кровеносных сосудов;

3) клетки печени.

В почках он способствует реабсорбции воды, а значит сохранению ее в организме, снижению диуреза (отсюда название антидиуретический), в кровеносных сосудах вызывает сокращение гладких мышц, суживая их радиус, и как следствие - повышает артериальное давление (отсюда название «вазопрессин»), в печени - стимулирует глюконеогенез и гликогенолиз. Кроме этого, вазопрессин обладает антиноцицептивным эффектом. АДГ предназначен для регуляции осмотического давления крови. Его секреция увеличивается под влиянием таких факторов: повышение осмолярности крови, гипокалиемии, гипокальциемии, повышении уменьшении ОЦК, снижении артериального давления, повышении температуры тела, активации симпатической системы.

При недостаточности выделения АДГ развивается несахарный диабет: объем выделенной мочи за сутки может достигать 20л.

Окситоцин у женщин играет роль регулятора маточной активности и участвует в процессах лактации как активатор миоэпителиальных клеток. Повышение продукции окситоцина происходит во время раскрытия шейки матки в конце беременности, обеспечивая ее сокращение в родах, а также во время кормления ребенка, обеспечивая секрецию молока.

В передней доле гипофиза, или аденогипофизе, вырабатываются тиреотропный гормон (ТТГ), соматотропный гормон (СТГ) или гормон роста, гонадотропные гормоны, адренокортикотропный гормон (АКТГ), пролактин, а в средней доле - меланоцитостимулирующий гормон (МСГ) или интермедии.

Гормон роста стимулирует синтез белка в костях, хрящах, мышцах и печени. В неполовозрелом организме обеспечивает рост в длину за счет повышения пролиферативной и синтетической активности хрящевых клеток особенно в зоне роста длинных трубчатых костей, одновременно стимулируя у них рост сердца, легких, печени, почек и др органов. У взрослых он контролирует рост органов и тканей. СТГ снижает эффекты инсулина. Выброс его в кровь увеличивается во время глубокого сна, после мышечных нагрузок, при гипогликемии.

Ростовой эффект гормона роста опосредуется воздействием гормона на печень, где образуются соматомедины (А,В,С) или ростовые факторы, обуславливающие активацию синтеза белка в клетках. Особенно велико значение СТГ в период роста (препубертатный, пубертатный периоды).

В этот период агонистами ГР являются половые гормоны, увеличение секреции которых способствует резкому ускорению роста костей. Однако, длительное образование больших количеств половых гормонов приводит к противоположному эффекту - к прекращению роста. Недостаточное количество ГР приводит к карликовости (нанизм), а чрезмерное - к гигантизму. Рост некоторых костей взрослого человека может возобновиться в случае чрезмерной секреции СТГ. Тогда возобновляется пролиферация клеток ростковых зон. Что приводит к разрастанию

Кроме того, глюкокортикоиды угнетают все компоненты воспалительной реакции - уменьшают проницаемость капилляров, тормозят экссудацию, снижают интенсивность фагоцитоза.

Глюкокортикоиды резко снижают продукцию лимфоцитов, уменьшают активность Т-киллеров, интенсивность иммунологического надзора, гиперчувствительность и сенсибилизацию организма. Все это позволяет рассматривать глюкокортикоиды как активные иммунодепрессанты. Это свойство используется в клинике для купирования аутоиммунных процессов, для снижения иммунной защиты организма хозяина.

Глюкокортикоиды повышают чувствительность к катехоламинам, повышают секрецию соляной кислоты и пепсина. Избыток этих гормонов вызывает деминерализацию костей, остеопороз, потерю Са 2+ с мочой, снижают всасывание Са 2+ . Глюкокортикоиды влияют на функцию ВНД - повышают активность обработки информации, улучшают восприятия внешних сигналов.

Минералокортикоиды (альдосгерон, дезоксикортикостерон) участвуют в регуляции минерального обмена. Механизм действия альдостерона связан с активацией синтеза белка, участвующего в реабсорбции Na + - Na + , К ч -АТФазы. Повышая реабсорбцию и снижая ее для К + в дистальных канальцах почки, слюнных и половых железах, альдостерон способствует задержке №" и СГ в организме и выведению К + и Н из организма. Таким образом, альдостерон является натрийсберегающим, а также калийуретическим гормоном. За счет задержки Иа\ а вслед за ним и воды, он способствует повышению ОЦК и, как следствие, повышению артериального давления. В отличие от глкжокортикоидов, минералокортикоиды способствуют развитию воспаления, т.к. повышают проницаемость капилляров.

Половые гормоны надпочечников выполняют функцию развития половых органов и появление вторичных половых признаков в тот период, когда половые железы еще не развиты, т е. в детском возрастем также в пожилом возрасте.

Гормоны мозгового слоя надпочечников - адреналин (80%) и норадреналин (20%) - вызывают эффекты во многом идентичные активации нервной системы. Их действие реализуется за счет взаимодействия с а- и (3- адренорецепторами. Следовательно, им присуща активация деятельности сердца, сужение сосудов кожи, расширение бронхов и т.д. Адреналин влияет на углеводный и жировой обмен, усиливая гликогенолиз и липолиз.

Катехоламины участвуют в активации термогенеза, в регуляции секреции многих гормонов - усиливают выброс глюкагона, ренина, гастрина, паратгормона, кальцитонина, тиреоидных гормонов; снижают выброс инсулина. Под влиянием этих гормонов повышается работоспособность скелетных мышц, возбудимость рецепторов.

При гиперфункции коры надпочечников у больных заметно изменяются вторичные половые признаки (например, у женщин могут появляться мужские половые признаки - борода, усы, тембр голоса). Наблюдаются ожирение (особенно в.области шей, лица, туловища), гипергликемия, задержка воды и натрия в организме и др.

Гипофункция коры надпочечников вызывает болезнь Аддисона – бронзовый оттенок кожи (особенно лица, шеи, рук), потеря аппетита, рвота, повышенная чувствительность к холоду и боли, высокая восприимчивость к инфекциям, повышенный диурез (до 10 л мочи за сутки), жажда, снижение работоспособности.

Наиболее сложные вопросы преподавания раздела «Человек и его здоровье»

Предлагаемый курс предполагает изучение наиболее сложных вопросов раздела «Человек и его здоровье», затрагивающих физиологические механизмы функционирования организма человека в целом и отдельных его структур (клеток, тканей, органов).

Цель курса – дать педагогу современные знания о закономерностях функционирования организма человека, показать их роль и место в учебном процессе в соответствии с образовательными стандартами, материалами ЕГЭ, учебниками биологии нового поколения. Содержание курса носит не только теоретический, но и практико-ориентированный характер, расширяющий возможности использования материалов образовательной программы для внедрения новых педагогических технологий.

Основные задачи, решаемые в ходе изучения учебного курса:

раскрытие и углубление наиболее сложных анатомо-физиологических понятий;
ознакомление с образовательными стандартами, программами и существующими учебниками по разделу «Человек и его здоровье» и их анализ;
освоение методики преподавания сложных вопросов раздела на уроке и во внеурочной деятельности;
применение новых педагогических технологий.

Интегрированный подход, предложенный авторами, обусловливает широкие возможности применения практически всех учебников по данной тематике, допущенных Министерством образования и науки РФ. Существенная роль отводится формированию педагогических умений проектирования учебного процесса в зависимости от материально-технической оснащенности кабинета и интересов школьников.

Материалы учебного курса могут использоваться на уроке и во внеурочной деятельности, для подготовки учащихся к ЕГЭ, олимпиадам по биологии и экологии. Новизна данного учебного курса заключается в ориентации на современные формы организации педагогического процесса, примеры которых даны во всех лекциях.

Учебный план курса

Лекция 1
Регуляторные системы организма

В настоящее время в науке сформировались представления о том, что основные процессы жизнедеятельности сложно устроенных многоклеточных организмов, в том числе человека, поддерживаются за счет трех регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной.

Каждый многоклеточный организм развивается из одной клетки – оплодотворенной яйцеклетки (зиготы). Сначала зигота делится и образует подобные себе клетки. С определенного этапа начинается дифференцировка. В итоге из зиготы образуются триллионы клеток, имеющих разные формы и функции, но составляющие единый, целостный организм. Многоклеточный организм может существовать как единое целое благодаря информации, заложенной в генотипе (набор генов, получаемых потомками от родителей). Генотип является основой наследственных признаков и программы развития. На протяжении индивидуальной жизни контроль над генетическим постоянством организма обеспечивает иммунная система. Согласование деятельности различных органов и систем, а также приспособление к изменяющимся условиям среды являются функциями нервной и гуморальной систем.

Филогенетически наиболее древней является гуморальная регуляция. Она обеспечивает взаимосвязь клеток и органов у примитивно устроенных организмов, не имеющих нервной системы. Основными регуляторными веществами в этом случае являются продукты обмена веществ – метаболиты. Такой способ регуляции называется гуморально-метаболическим . Он, как и другие виды гуморальной регуляции, основан на принципе «всем-всем-всем». Выделяющиеся вещества распространяются по всему организму и изменяют деятельность систем жизнеобеспечения.

В процессе эволюционного развития появляется нервная система, и гуморальная регуляция все более подчиняется нервной. Нервная регуляция функций является более совершенной. В ее основе лежит сигнализация по принципу «письмо с адресом». По нервным волокнам биологически важная информация достигает определенного органа. Развитие нервной регуляции не устраняет более древнюю – гуморальную. Нервная и гуморальная системы объединяются в нейрогуморальную систему регуляции функций. У высокоразвитых живых организмов появляется специализированная система – эндокринная. Эндокринная система использует для передачи сигналов от одних клеток другим специальные химические вещества – гормоны. Гормоны – биологически активные вещества, которые с током крови разносятся к различным органам и регулируют их работу. Действие гормонов проявляется на уровне клеток. Некоторые гормоны (адреналин, инсулин, глюкагон, гормоны гипофиза) связываются с рецепторами на поверхности клеток-мишеней, активируют реакции, происходящие в клетке, и изменяют физиологические процессы. Другие гормоны (гормоны коры надпочечников, половые гормоны, тироксин) проникают внутрь клеточного ядра, связываются с участком молекулы ДНК, «включая» определенные гены. В результате этого «запускается» образование иРНК и синтез белков, изменяющих функции клетки. Гормоны, проникающие в ядро, запускают «программы» работы клеток, поэтому они ответственны за их общую дифференцировку, формирование половых различий, многие поведенческие реакции.

Эволюция нейрогуморальной регуляции функций происходила следующим образом.

Метаболическая регуляция – за счет продуктов внутриклеточного обмена веществ (простейшие, губки).
Нервная регуляция – появляется у кишечнополостных.
Нейрогуморальная регуляция. У некоторых беспозвоночных появляются нейросекреторные клетки – нервные клетки, способные вырабатывать биологически активные вещества.
Эндокринная регуляция. У членистоногих и позвоночных дополнительно к нервной и простейшей гуморальной (за счет метаболитов) регуляции присоединяется эндокринная регуляция функций.

Выделяют следующие функции регуляторных систем.

Нервная система.

Регуляция и координация всех органов и систем, поддержание постоянства внутренней среды организма (гомеостаз), объединение организма в единое целое.
Взаимосвязь организма с окружающей средой и приспособление к изменяющимся условиям среды (адаптация).

Эндокринная система.

Физическое, половое и умственное развитие.
Поддержание функций организма на постоянном уровне (гомеостаз).
Приспособление организма к изменяющимся условиям среды (адаптация).

Иммунная система.

Контроль над генетическим постоянством внутренней среды организма.

Иммунная и нейроэндокринная системы образуют единый информационный комплекс и общаются на одном химическом языке. Многие биологически активные вещества (например, вещества гипоталамуса, гормоны гипофиза, эндорфины и др.) синтезируются не только в гипоталамусе и гипофизе, но и в клетках иммунной системы. Благодаря единому биохимическому языку регуляторные системы тесно взаимодействуют между собой. Так, β-эндорфин, высвобождаемый лимфоцитами, действует на болевые рецепторы и уменьшает чувство боли. На иммунных клетках имеются рецепторы, взаимодействующие с пептидами гипоталамуса и гипофиза. Некоторые вещества, секретируемые в иммунной системе (в частности, интерфероны) взаимодействуют со специфическими рецепторами на нейронах гипоталамуса, тем самым регулируя выделение гормонов гипофиза.

На уровне физиологических реакций организма взаимодействие регуляторных систем проявляется при развитии стресса. Последствия стресса выражаются в нарушении функций регуляторных систем и контролируемых ими процессов. Действие стрессоров воспринимается высшими отделами нервной системы (кора больших полушарий, промежуточный мозг) и имеет два выхода, реализуемые через гипоталамус:

1) в гипоталамусе находятся высшие вегетативные нервные центры, регулирующие через симпатический и парасимпатический отделы деятельность всех внутренних органов;

2) гипоталамус контролирует работу эндокринных желез, снижающих функциональную активность иммунной системы, в том числе надпочечников, вырабатывающих стресс-гормоны.

В настоящее время доказана роль стресса в развитии язвенных поражений слизистой оболочки желудка, гипертонической болезни, атеросклероза, нарушений функций и структуры сердца, иммунодефицитных состояний, злокачественных опухолей и др.

Возможные исходы стресс-реакции представлены на схеме 1.

Схема 1

На сегодняшний день связи между нервной и эндокринной системами, примером которых может быть гипоталамо-гипофизарная система, хорошо изучены.

Гипофиз, или нижний мозговой придаток, расположен под гипоталамусом в выемке костей черепа, называемой турецким седлом, и соединяется с ним через специальную ножку. Масса гипофиза у человека небольшая, около 500 мг, размер – не больше средней вишни. Гипофиз состоит из трех долей – передней, средней и задней. Передняя и средняя доли объединяются в аденогипофиз, а задняя доля иначе называется нейрогипофизом.

Активность аденогипофиза находится под непосредственным контролем гипоталамуса. В гипоталамусе вырабатываются биологически активные вещества (гипоталамические гормоны, рилизинг-факторы), которые с током крови поступают к гипофизу и стимулируют или тормозят образование гипофизарных тропных гормонов. Тропные гормоны гипофиза регулируют деятельность других желез внутренней секреции. К ним относятся: кортикотропин, регулирующий секреторную активность коры надпочечников; тиротропин, регулирующий деятельность щитовидной железы; лактотропин (пролактин), стимулирующий образование молока в молочных железах; соматотропин, регулирующий процессы роста; лютропин и фоллитропин, стимулирующие активность половых желез; меланотропин, регулирующий активность пигментсодержащих клеток кожи и сетчатки глаза.

Задняя доля гипофиза связана с гипоталамусом аксонными связями, т.е. аксоны нейросекреторных клеток гипоталамуса заканчиваются на клетках гипофиза. Гормоны, синтезированные в гипоталамусе, по аксонам транспортируются к гипофизу, а из гипофиза поступают в кровь и доставляются к органам-мишеням. Гормонами нейрогипофиза являются антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин, и окситоцин. АДГ регулирует функцию почек, обеспечивая концентрирование мочи, и повышает кровяное давление. Окситоцин в больших количествах выбрасывается в кровь в женском организме в конце беременности, обеспечивая роды.

Как было указано выше, большая часть нейроэндокринных регуляторных реакций обеспечивает гомеостаз и адаптацию организма.

Гомеостаз, или гомеостазис (от homoios – подобный и stasis – стояние) – динамическое равновесие организма, поддерживаемое регуляторными системами за счет постоянного возобновления структур, вещественно-энергетического состава и состояния.

Учение о гомеостазе было создано К.Бернаром. Изучая углеводный обмен у животных, К.Бернар обратил внимание на то, что концентрация в крови глюкозы (важнейшего источника энергии для организма) колеблется очень незначительно, в пределах 0,1%. При увеличении содержания глюкозы организм начинает «задыхаться в дыму» недоокис-ленных углеводов, при недостатке – возникает энергетический голод. В обоих случаях наступает резкая слабость и помрачение сознания. В этом частном факте К.Бернар увидел общую закономерность: постоянство внутренней среды есть условие свободной независимой жизни. Термин «гомеостаз» ввел в науку У.Кэннон. Он понимал под гомеостазом устойчивость и согласованность всех физиологических процессов.

В настоящее время термин «гомеостаз» относится не только к регулируемым параметрам, но и к механизмам регуляции. Реакции, обеспечивающие гомеостаз, могут быть направлены на:

– поддержание определенного уровня стационарного состояния организма или его систем;
– устранение или ограничение действия вредоносных факторов;
– изменение взаимоотношений организма и меняющихся условий среды.

К числу наиболее жестко контролируемых гомеостатических констант организма относят ионный и кислотно-щелочной состав плазмы крови, содержание в артериальной крови глюкозы, кислорода, углекислого газа, температуру тела и др. К пластичным константам – величину кровяного давления, количество форменных элементов крови, объем внеклеточной воды.

Понятие «адаптация» (от adaptatio – приспособлять) имеет общебиологическое и физиологическое значение. С общебиологической точки зрения адаптация – совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и других особенностей данного биологического вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.

Как физиологическое понятие адаптация означает процесс приспособления организма к меняющимся условиям среды (природным, производственным, социальным). Адаптация – это все виды приспособительной деятельности на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Различают 2 вида адаптации: генотипическую и фенотипическую.

В результате генотипической адаптации на основе наследственной изменчивости, мутаций и естественного отбора сформировались современные виды животных и растений.

Фенотипическая адаптация – процесс, развивающийся в ходе индивидуальной жизни, в результате которого организм приобретает ранее отсутствовавшую устойчивость к определенному фактору среды. Выделяют два этапа фенотипической адаптации: срочный этап (срочная адаптация) и долговременный этап (долговременная адаптация).

Срочная адаптация возникает непосредственно после начала действия раздражителя и реализуется на основе готовых, ранее сформировавшихся механизмов. Долговременная адаптация возникает постепенно, в результате длительного или многократного действия на организм того или иного фактора среды. Фактически долговременная адаптация развивается на основе многократной реализации срочной адаптации: происходит постепенное накопление определенных изменений, и организм приобретает новое качество и превращается в адаптированный.

Примеры срочной и долговременной адаптации

Адаптация к мышечной деятельности. Бег нетренированного человека происходит при близких к предельным изменениях частоты сердцебиений, легочной вентиляции, максимальной мобилизации резерва гликогена в печени. При этом физическая работа не может быть ни достаточно интенсивной, ни достаточно длительной. При долговременной адаптации к физическим нагрузкам в результате тренировки происходит гипертрофия скелетных мышц и увеличение в них количества митохондрий в 1,5–2 раза, увеличение мощности систем кровообращения и дыхания, повышение активности дыхательных ферментов, гипертрофия нейронов моторных центров и др. При этом может существенно возрастать интенсивность и длительность мышечной деятельности.

Адаптация к условиям гипоксии. Подъем нетренированного человека в горы сопровождается увеличением частоты сердцебиений и минутного объема крови, выброса крови из кровяных депо, за счет чего происходит увеличение доставки кислорода к органам и тканям. На начальных этапах изменений со стороны дыхания не происходит, т.к. в условиях высокогорья в атмосферном воздухе снижено содержание не только кислорода, но и углекислого газа, который является основным стимулятором активности дыхательного центра. При долговременной адаптации к недостатку кислорода повышается чувствительность дыхательного центра к углекислому газу, повышается легочная вентиляция. Это снижает нагрузку на сердечно-сосудистую систему. Увеличивается синтез гемоглобина и образование эритроцитов в красном костном мозге. Повышается активность дыхательных ферментов тканей. Эти изменения делают организм адаптированным к условиям высокогорья. У людей, хорошо приспособившихся к недостатку кислорода, содержание эритроцитов в крови (до 9 млн/мкл), показатели деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, физическая и умственная работоспособность не отличаются от таковых у горцев.

Возможности и пределы адаптационных реакций человека определяются генотипом и реализуются при условии действия тех или иных факторов среды. Если фактор не подействовал, то адаптация не реализуется. Например, животное, выросшее среди людей, не адаптируется к природной среде. Если человек всю жизнь вел малоподвижный образ жизни, то он не сможет адаптироваться к физическому труду.

Примеры регуляции функций

Нервная регуляция. Примером нервной регуляции может служить регуляция величины кровяного давления. У взрослого человека величина артериального давления поддерживается на определенном уровне: систолическое – 105–120 мм рт.ст., диастолическое – 60–80 мм. рт.ст. После увеличения давления, вызванного разными факторами (например, физической нагрузкой), у здорового человека оно быстро возвращается к норме за счет сигналов, поступающих от сердечного нервного центра продолговатого мозга. Механизм такой реакции представлен на схеме 2.

Схема 2

Гуморальная регуляция. Примером гуморальной регуляции может служить поддержание на определенном уровне содержания глюкозы в крови. Углеводы, поступающие с пищей, расщепляются до глюкозы, которая всасывается в кровь. Содержание глюкозы в крови человека составляет 60–120 мг% (после приема пищи – 110–120 мг%, после умеренного голодания – 60–70 мг%). Глюкоза используется как источник энергии всеми клетками организма. Поступление глюкозы в большинство тканей обеспечивает гормон поджелудочной железы инсулин. Нервные клетки получают глюкозу независимо от инсулина благодаря деятельности глиальных клеток, регулирующей обмен веществ в нейронах. Если в организм поступает избыточное количество глюкозы, она откладывается про запас в виде гликогена печени. При недостатке глюкозы в крови под влиянием гормона поджелудочной железы глюкагона и гормона мозгового слоя надпочечников адреналина происходит расщепление гликогена до глюкозы. Если запасы гликогена истощены, то глюкоза может синтезироваться из жиров и белков при участии гормонов коры надпочечников – глюкокортикоидов. При низких концентрациях глюкозы в крови (ниже 60 мг%) прекращается выработка инсулина и глюкоза в ткани не поступает (сберегается для клеток головного мозга), а в качестве источника энергии используются жиры. При очень высоких концентрациях глюкозы в крови (свыше 150–180 мг%), которые могут быть у людей больных сахарным диабетом, глюкоза выводится с мочой. Такое явление называется глюкозурия. Механизм регуляции содержания глюкозы в крови представлен на схеме 3.

Схема 3

1 – инсулин
2 – глюкагон

Нейрогуморальная регуляция. Примерами нейрогуморальной регуляции могут быть регуляция потребления энергии (пищи) и регуляция глубокой температуры тела.

Регуляция потребления энергии.

Энергия в организм поступает с пищей. Согласно первому закону термодинамики количество потребленной энергии = выполненной работе + теплопродукция + запасенная энергия (жиры и гликоген), т.е. количество химической энергии, содержащейся в пище у взрослого человека, должно быть таким, чтобы покрывать расходы на выполняемую работу (физический и умственный труд) и поддержание температуры тела.

Если количество потребляемой пищи больше необходимого, то происходит увеличение массы тела, если меньше – ее уменьшение. В связи с тем что запасы углеводов в организме ограничены емкостью печени, избыточное количество употребляемых углеводов превращается в жиры и откладывается про запас в подкожной жировой клетчатке. В детском возрасте часть веществ и энергии расходуются на процессы роста.

Потребление пищи регулируется нервными центрами гипоталамуса: центром голода и центром насыщения. При недостатке питательных веществ в крови активируется центр голода, стимулирующий пищепоисковые реакции. После приема пищи сигналы насыщения поступают к центру насыщения, который тормозит активность центра голода (схема 4).

Схема 4

Сигналы к центру насыщения могут поступать от разных рецепторов. К их числу относятся механорецепторы стенки желудка, приходящие в состояние возбуждения после приема пищи; терморецепторы, сигналы от которых поступают вследствие повышения температуры, вызванного специфическим динамическим действием пищи (после приема пищи, особенно белковой, возрастает уровень обмена веществ и соответственно температура тела). Существуют теории, объясняющие потребление пищи химическими сигналами. В частности, центр насыщения начинает посылать тормозные сигналы к центру голода после повышения содержания глюкозы или жироподобных веществ в крови.

Регуляция глубокой температуры тела.

У теплокровных (гомойотермных) животных температура «ядра» тела поддерживается на постоянном уровне. Образование тепла в организме происходит за счет экзотермических реакций в каждой живой клетке. Количество образующегося в органе тепла зависит от интенсивности обмена веществ: в печени – оно наибольшее, в костях – наименьшее. Отдача тепла происходит с поверхности тела за счет физических процессов: теплоизлучения, теплопроведения и испарения жидкости (пота).

Путем теплоизлучения организм теряет тепло в виде инфракрасных лучей. Однако если температура окружающей среды выше температуры тела, то инфракрасное излучение окружающей среды будет поглощаться телом и его температура может возрастать. Если организм контактирует с холодными телами, хорошими проводниками тепла, например холодной водой, сырой холодной землей, камнями, металлами и т.п., то он теряет тепло путем теплопроведения. При этом высок риск переохлаждения.

Если температура окружающей среды выше, чем температура тела, то единственным способом охлаждения остается потоиспарение. В условиях высокой температуры окружающей среды и высокой влажности испарение пота затрудняется и повышается риск перегревания. Повышение теплообразования может происходить за счет мышечной работы, дрожи, повышения интенсивности обмена веществ.

Терморегуляция контролируется нервной и эндокринной системами. Соматический отдел нервной системы обеспечивает такие реакции, препятствующие переохлаждению, как мышечная работа и дрожь. Симпатический отдел вегетативной нервной системы контролирует изменение просвета кровеносных сосудов (при повышении температуры происходит их расширение, при понижении – сужение), потовыделение, недрожательный термогенез (окисление свободных жирных кислот в буром жире), сокращение гладких мышц, поднимающих волосы.

В условиях понижения температуры окружающей среды повышается активность щитовидной железы и надпочечников. Гормон щитовидной железы тироксин повышает интенсивность окислительно-восстановительных реакций в клетках. Гормон мозгового слоя надпочечников адреналин также повышает уровень обмена веществ.

Регуляция с участием нервной, эндокринной и иммунной систем. Примером регуляции функции с участием всех регуляторных систем является сон. На сегодняшний день существуют три группы теорий, объясняющих природу сна: нервные, гуморальные и иммунные.

Нервные теории связывают сон с работой нервных центров коры больших полушарий, гипоталамуса и ретикулярной формации ствола головного мозга. Корковая теория сна была предложена И.П. Павловым, который в опытах на животных показал, что во время сна наступает торможение в нейронах коры. Позднее были обнаружены центры, регулирующие чередование сна и бодрствования в гипоталамусе.

Ретикулярная формация ствола мозга, собирая информацию с рецепторных структур организма, поддерживает тонус (бодрствующее состояние коры), т.е. также участвует в регуляции процессов сон–бодрствование. При блокаде ретикулярной формации некоторыми веществами наступает сноподобное состояние.

Гуморальными факторами, регулирующими сон, являются некоторые гормоны. Показано, что при накоплении в крови гормона эпифиза серотонина создаются благоприятные условия для быстрого сна, во время которого происходит обработка информации, полученной человеком во время бодрствования.

Иммунная теория сна получила экспериментальное подтверждение после проверки давно известных фактов о повышенной сонливости людей, больных инфекционными заболеваниями. Оказалось, что вещество мурамил-пептид, которое входит в состав клеточной стенки бактерий, стимулирует образование клетками иммунной системы одного из цитокинов, регулирующих сон. Введение мурамил-пептида животным вызывало у них избыточный сон.

Методическое сопровождение курса

Образовательные стандарты, учебные программы и учебники по разделу «Человек и его здоровье»

Современные образовательные стандарты утверждены приказом Минобразования России № 1089 от 5 марта 2004 г. Согласно стандарту раздел «Человек и его здоровье» изучается в 8-м классе. Однако в ряде школ еще не завершен полностью процесс перехода со стандарта 1998 г., предусматривающего изучение анатомо-физиологических тем в 9-м классе.

Сходством двух названных стандартов является перечень основных предлагаемых тем и рассматриваемых вопросов: организм как единое целое, клетки и ткани организма человека, строение и функционирование систем органов, основные физиологические процессы жизнедеятельности организма, принципы регуляции жизнедеятельности, взаимосвязь с окружающей средой, органы чувств и высшая нервная деятельность, вопросы гигиены и профилактики заболеваний. Эти темы отражены во всех учебниках, допущенных и рекомендованных Министерством образования и науки РФ, но их названия могут быть различными.

Особенностью образовательного стандарта 2004 г. является четкое выделение ступеней образования (начальная, основная 9-летняя, полная 11-летняя) и уровней обучения для старшей школы (базовый и профильный). В стандарте освещены основные цели обучения для ступеней и уровней, обязательный минимум содержания основных образовательных программ, требования к уровню подготовки учащихся.

Первый блок требований включает перечень тем, понятий и проблем, которые должны знать (понимать) школьники, они сгруппированы по рубрикам: основные положения, строение биологических объектов, сущность процессов и явлений, современная биологическая терминология и символика. Второй блок включает в себя умения школьников: объяснять, устанавливать взаимосвязи, решать задачи, составлять схемы, описывать объекты, выявлять, исследовать, сравнивать, анализировать и оценивать, осуществлять самостоятельный поиск информации. Третий блок предусматривает требования к использованию приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни: оформление результатов, оказание первой помощи, соблюдение правил поведения в окружающей среде, определение собственной позиции и оценки этических аспектов биологических проблем.

Содержание образовательных стандартов реализуется в учебной литературе. Учебник – один из основных источников знаний, необходимых как для получения учащимися новой учебной информации, так и для закрепления ими изученного на уроке материала. С помощью учебника решаются основные цели и задачи обучения: обеспечить овладение учащимися различными видами репродуктивной и творческой учебной деятельности на основе усвоения системы биологических знаний и умений теоретического и практического характера, способствовать развитию и воспитанию школьников.

Учебники различаются между собой содержанием, а также структурой, объемом учебной информации, методическим аппаратом. Однако обязательным требованием к каждому учебнику является соответствие его содержания федеральному компоненту государственного стандарта общего среднего образования по биологии. В настоящее время учебник представляет собой сложную информационную систему, вокруг которой сгруппированы другие средства обучения (аудиокассеты, компьютерная поддержка, интернет-ресурсы, тетради на печатной основе, раздаточный материал и др.), иначе называемые учебно-методическим комплектом (УМК).

Дадим краткую характеристику линий учебников, рекомендованных (допущенных) к использованию в образовательном процессе в общеобразовательных учреждениях. Отметим, что большинство учебников объединены в линии, содержание которых отражено в авторских учебных программах, имеющих содержательные и методические отличия в изложении учебного материала. Единая линия учебников обеспечивает преемственность биологического образования, общность подходов к отбору учебного материала, разработанную методическую систему формирования и развития знаний и умений.

Вариативные учебники по разделу «Человек и его здоровье» могут различаться последовательностью тем, глубиной их освещения, стилем изложения, объемом лабораторного практикума, вопросами и заданиями, методическими рубриками и др.

Практически все предлагаемые учебные программы имеют концентрическое построение, т.е. основное 9-летнее образование завершается изучением раздела «Общая биология». В каждой программе выделяется ведущая идея, которая последовательно реализуется в учебных книгах по разным разделам курса биологии.

Для учебников , разработанных под редакцией Н.И. Сонина , это функциональный подход, т.е. приоритетность знаний о процессах жизнедеятельности организмов, составляющих основу практической направленности содержания, а также отражение современных достижений биологической науки (Сонин Н.И., Сапин М.Р. «Биология. Человек»).

Главными идеями линии учебников , разработанных коллективом авторов под редакцией В.В. Па сечника , можно считать биоцентризм, усиление практической направленности и приоритет развивающей функции обучения (Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. «Биология. Человек»).

В линии , созданной под редакцией И.Н. Пономаревой , при сохранении традиционной структуры разделов главными концептуальными идеями УМК являются разноуровневый и эколого-эволюционный подход к определению содержания, а учебный материал излагается по принципу от общего к частному (Драгомилов А.Г., Маш Р.Д. «Биология. Человек»).

Отличительная черта всех учебников линии , созданной под руководством Д.И. Трайтака , – это практико-ориентированная направленность, реализуемая через тексты учебника, разнообразный практикум и иллюстративный материал (Рохлов В.С., Трофимов С.Б.

Отбор содержания учебного материала в линии , разработанной под руководством А.И. Никишова , направлен на развитие познавательных способностей школьников. При отборе и структурировании содержания применен современный методический аппарат, предусматривающий двухуровневую организацию текста, что дает возможность осуществлять дифференциацию обучения (Любимова З.В., Маринова К.В. «Биология. Человек и его здоровье»).

Кроме завершенных линий учебников существуют новые, пока еще не завершенные линии. Учебные книги, включенные в рекомендуемый федеральный перечень, соответствуют современным образовательным стандартам.

Вопросы и задания

1. Дайте определение понятиям: адаптация, гипоталамо-гипофизарная система, гомеостаз.

2. Сравните процессы регуляции, контролирующие функции организма (см. таблицу).

3. Составьте краткое сообщение