організму
Регуляція функцій клітин, тканин та органів, взаємозв'язок з-поміж них, тобто. цілісність організму, і єдність організму та зовнішнього середовища здійснюється нервовою системою та гуморальним шляхом. Іншими словами, маємо два механізми регуляції функцій – нервова та гуморальна.
Нервова регуляція здійснюється нервовою системою, головним та спинним мозком через нерви, якими забезпечені всі органи нашого тіла. На організм постійно впливають ті чи інші подразнення. На всі ці роздратування організм відповідає певною діяльністю або як прийнято творити, відбувається пристосування функції організму до умов зовнішнього середовища, що постійно змінюються. Так, зниження температури повітря супроводжується як звуженням кровоносних судин, а й посиленням обміну речовин у клітинах і тканинах і, отже, підвищенням теплообразования. Завдяки цьому встановлюється певна рівновага між тепловіддачею теплоутворенням, не відбувається переохолодження організму, зберігається сталість температури тіла. Роздратування їжею смакових рецепторів смуг гарта викликає відділення слини та інших травних соків. під впливом яких відбувається травлення їжі. Завдяки цьому в клітини та тканини надходять необхідні речовини, і встановлюється певна рівновага між дисиміляцією та асиміляцією. За таким принципом відбувається регуляція та інші функції організму.
Нервова регуляція має рефлекторний характер. Різні подразнення сприймаються рецепторами. Виникаюче збудження з рецепторів по чутливим нервам передається в центральну нервову систему, а звідти по руховим нервам- до органів, які здійснюють певну діяльність. Такі реакції організму на роздратування, здійснювані через центральну нервову систему. називають рефлексами.Шлях же, яким збудження передається при рефлексі, зветься рефлекторної дуги. Рефлекси мають різноманітний характер. І.П. Павлов розділив усі рефлекси на безумовні та умовні.Безумовні рефлекси - це вроджені рефлекси, що передаються у спадок. Прикладом таких рефлексів є судиннорухові рефлекси (звуження або розширення судин у відповідь на подразнення шкіри холодом або теплом), рефлекс слиновиділення (виділення слини при подразненні смакових сосочків їжею) та багато інших.
Умовні рефлекси - рефлекси набуті, вони виробляються протягом життя тварини чи людини. Ці рефлекси виникають
тільки за певних умов і можуть зникати. Прикладом умовних рефлексів є відділення слини побачивши жебраки, при відчутті запахів їжі, а в людини навіть при розмові про неї.
Гуморальна регуляція (Humor - рідина) здійснюється через кров та інші рідке і, що становлять внутрішнє середовище організму, різними хімічними речовинами, що виробляються в самому організмі або надходять із зовнішнього середовища. Прикладами таких речовин є гормони, які виділяють залози. внутрішньої секреції, і вітаміни, що надходять в організм із їжею. Хімічні речовини розносяться кров'ю але всьому організму і впливають різні функції, зокрема обмін речовин у клітинах і тканинах. При цьому кожна речовина впливає на певний процес, що відбувається в тому чи іншому органі.
Нервовий та гуморальний механізми регуляції функцій взаємопов'язані. Так, нервова система надає регулюючий вплив на органи не тільки безпосередньо через нерви, а й через залози внутрішньої секреції, змінюючи інтенсивність утворення гормонів у цих органах та надходження їх у кров.
У свою чергу багато гормонів та інших речовин впливають на нервову систему.
У живому організмі нервова та гуморальна регуляція різних функцій здійснюється за принципом саморегуляції, тобто. автоматично. За цим принципом регуляції підтримується на певному рівні кров'яний тиск, сталість складу та фізико-хімічних властивостейкрові, температура тіла у строго узгодженому порядку змінюється обмін речовин, діяльність серця, дихальної та інших систем органів під час фізичної роботи тощо.
Завдяки цьому підтримуються певні порівняно постійні умови, в яких протікає діяльність клітин та тканин організму або іншими словами, зберігається сталість внутрішнього середовища.
Слід зазначити, що з людини провідну роль регуляції життєдіяльності організму грає нервова система.
Таким чином, організм людини це єдина, цілісна, складно влаштована, біологічна система, що саморегулюється і саморозвивається, що володіє певними резервними можливостями. При цьому
знати, що здатність до виконання фізичної роботи може зростати багаторазово, але до певного болю. Тоді як розумова діяльність практично не має обмежень у своєму розвитку.
Систематична м'язова діяльність дозволяє шляхом удосконалення фізіологічних функцій мобілізувати резерви організму, про існування яких багато хто навіть не здогадується. Слід зазначити існування зворотного процесу падіння функціональних можливостей організму та прискорене старіння при зниженні фізичної активності.
У ході фізичних вправ удосконалюється вища нервова діяльність, функції центральної нервової системи нервово-м'язовий. серцево-судинної, дихальної, видільної та інших систем, обмін речовин та енергії, а також система їх нейрогуморального регулювання.
Людський організм, використовуючи властивості саморегулювання внутрішніх процесів під зовнішнім впливом, реалізує найважливішу властивість - адаптацію до зовнішніх умов, що змінюється, що є визначальним фактором у здатності розвитку фізичних якостей і рухових навичок у процесі тренувань.
Розглянемо докладніше характер фізіологічних змін у процесі тренувань.
Фізичне навантаження призводить до різноманітних змін обміну речовин, характер яких залежить від тривалості, потужності роботи та кількості м'язів, що беруть участь. При фізичного навантаженняпереважають катаболічні процеси, мобілізація та використання енергетичних субстратів, відбувається накопичення проміжних продуктів обміну. Період відпочинку характеризується переважанням анаболічних процесів, накопиченням резерву поживних речовин, посиленим синтезом білків
Швидкість відновлення залежить від величини що виникають під час роботи зміні, тобто від величини навантаження.
У період відпочинку ліквідуються зміни обміну речовин, що виникли під час м'язової діяльності. Якщо при фізичному навантаженні переважають катаболічні процеси, мобілізація та використання енергетичних субстратів, відбувається накопичення проміжних продуктів обміну, період відпочинку характеризуються переважанням анаболічних процесів, накопиченням резерву поживних речовин, посиленим синтезом білків.
Після робочий період зростає інтенсивність аеробного окиснення, Підвищено споживання кисню, тобто. ліквідується кисневий борг. Субстратом окислення є проміжні продукти обміну, що утворилися в процесі м'язової діяльності, молочна кислота, кетонові тіла, кетокислоти. Запаси вуглеводів при фізичній роботі, як правило, суттєво знижуються, тому основним субстратом окиснення стають жирні кислоти. Завдяки посиленому використанню ліпідів у відновлювальний період знижується дихальний коефіцієнт.
Відновлювальний період характеризується посиленим біосинтезом білків, що пригнічується під час фізичної роботи, збільшується також утворення та виведення з організму кінцевих продуктів білкового обміну (сечовина та ін.).
Швидкість відновлення залежить від величини що виникають під час роботи змін, тобто. від величини навантаження, що схематично представлено на рис. 1
Рис.1 Схема процесів витрачання та відновлення джерел
енергії при м'язовій діяльності ратної інтенсивності
Відновлення змін, що виникають під впливом навантажень малої та середньої інтенсивності, йде повільніше, ніж після навантажень підвищеної та граничної інтенсивності, що пояснюється глибшими змінами у період роботи. Після підвищених за інтенсивністю навантажень показник обміну, що спостерігається, речовин не тільки досягає вихідного рівня, але і перевищує його. Таке підвищення вище за вихідний рівень отримало назву надвідновлення (суперкомпенсації). Воно реєструється лише тоді, коли навантаження, перевищує за величиною певний рівень, тобто. тоді, коли зміни обміну, що виникають, впливають на генетичний апарат клітини. Виразність надвідновлення та її тривалість перебувають у прямій залежності від інтенсивності навантаження.
Явище надвоєеттія є важливим: механізмом пристосування (органу) до умов функціонування, що змінилися, і має важливе значення для розуміння біохімічних основ спортивного тренування. Слід зазначити, що як загальнобіологічна закономірність, поширюється як на накопичення енергетичного матеріалу, а й у синтез білків, що, зокрема, проявляється як робочої гіпертрофії скелетних м'язів, серцевої мышщи. Після інтенсивного навантаження посилюється синтез ряду ферментів (індукція ферментів) зростає концентрація креатинфосфату, міоглобіну, відбувається низка інших змін.
Встановлено, що активна м'язова діяльність викликає посилення діяльності серцево-судинної, дихальної та інших систем організму. За будь-якої діяльності людини всі органи та системи організму діють узгоджено, у тісній єдності. Цей взаємозв'язок здійснюється за допомогою нервової системи та гуморальної (рідинної) регуляції.
Нервова система здійснює регуляцію діяльності організму у вигляді біоелектричних імпульсів. Основними нервовими процесами є збудження та гальмування, що виникають у нервових клітинах. Порушення- діяльний стан нервових клітин, коли вони передають мул» спрямовують самі нервові імпульси іншим клітинам: нервовим, м'язовим, залізистим та іншим. Гальмування- стан нервових клітин, коли їх активність спрямована на відновлення. Сон, наприклад, є станом нервової системи, коли переважна кількість нервових клітин ЦНС загальмована.
Гуморальна регуляція проводиться через кров за допомогою особливих хімічних речовин(гормонів), що виділяються залозами внутрішньої секреції, співвідношенням концентрації СО2та О2 за допомогою інших механізмів. Наприклад, у передстартовому стані, коли очікується інтенсивне фізичне навантаження, залози внутрішньої секреції (надниркові залози) виділяють у кров спеціальний гормон-адреналін, який сприяє посиленню діяльності серцево-судинної системи.
Гуморальна та нервова регуляція здійснюються в єдності. Чільну роль відводиться ЦНС, головному мозку, що є центральним штабом управління життєдіяльністю організму.
2.10.1. Рефлекторна природа та рефлекторні механізми рухової діяльності
Нервова система діє за принципом рефлексу. Успадковані рефлекси, від народження закладені у нервовій системі, у її структурі, у зв'язках між нервовими клітинами, називають безумовними рефлексами. Об'єднуючись у довгі ланцюги, безумовні рефлексиє основою інстинктивної поведінки. У людини та у вищих тварин в основу поведінки закладено умовні рефлекси, що виробляються у процесі життєдіяльності на основі безумовних рефлексів.
Спортивна та трудова діяльністьлюдини, зокрема і оволодіння руховими навичками, здійснюється за принципом взаємозв'язку умовних рефлексів і динамічних стереотипів з безумовними рефлексами.
Для виконання чітких цілеспрямованих рухів необхідно безперервне надходження в ЦНС сигналів про функціональний стан м'язів, про ступінь їх скорочення, напруги та розслаблення, про позу тіла, про положення суглобів та кута згину в них.
Вся ця інформація передається від рецепторів сенсорних систем і особливо від рецепторів рухової сенсорної системи, від так званих пропріорецепторів, які розташовані в м'язовій тканині, фасціях, суглобових сумках та сухожиллях.
Від цих рецепторів за принципом зворотного зв'язку та механізмом рефлексу в ЦНС надходить повна інформаціяпро виконання даної рухової дії та порівняння її із заданою програмою.
Кожен, навіть найпростіший рух потребує постійної корекції, яка й забезпечується інформацією, що надходить від пропріорецепторів та інших сенсорних систем. При багаторазовому повторенні рухової дії імпульси від рецепторів досягають рухових центрів ЦНС, які відповідним чином змінюють свою імпульсацію, що йде до м'язів, з метою вдосконалення руху, що розучується.
Завдяки такому складному рефлекторному механізму відбувається вдосконалення рухової діяльності.
Фізіологічною регуляцією називається управління функціями організму з його пристосування до умов довкілля. Регуляція функцій організму є основою забезпечення сталості внутрішнього середовища організму та його адаптації до умов існування, що змінюються, і здійснюється за принципом саморегуляції шляхом формування функціональних систем. Функцією систем та організму в цілому називається діяльність, спрямована на збереження цілісності та властивостей системи. Функції характеризуються кількісно та якісно. Основою фізіологічного регулювання є передача та обробка інформації. Під терміном "інформація" розуміється будь-яке повідомлення про факти та події, що відбуваються в навколишньому середовищі та організмі людини. Під саморегуляцією розуміють такий вид регуляції, коли відхилення параметра, що регулюється, є стимулом для його відновлення. Для здійснення принципу саморегуляції потрібна взаємодія наступних компонентів функціональних систем.
Регульований параметр (об'єкт регулювання, константа).
Апарати контролю, що стежать за відхиленням даного параметра під впливом зовнішніх та внутрішніх факторів.
Апарати регуляції, що забезпечують спрямовану дію на діяльність органів, від яких залежить відновлення параметра, що відхилився.
Апарати виконання - органи та системи органів, зміна діяльності яких відповідно до регуляторних впливів призводить до відновлення вихідної величини параметра. "Зворотна аферентація несе інформацію в апарати регуляції про досягнення або не досягнення корисного результату, про повернення або неповернення параметра, що відхилився до норми. Таким чином регуляція функцій здійснюється системою, яка складається з окремих елементів: керуючого пристрою (ЦНС, ендокринна клітина), каналів зв'язку нерви, рідке внутрішнє середовище), датчиків, що сприймають дію факторів зовнішнього та внутрішнього середовища (рецептори), структур, що сприймають інформацію вихідних каналів (рецептори клітин) та виконавчих органів.
Система регуляції в організмі становить трирівневу структуру. Перший рівень регулювання складається з відносно автономних локальних систем, що підтримують константи. Другий рівень системи регуляції забезпечує пристосувальні реакції у зв'язку із змінами внутрішнього середовища, на цьому рівні забезпечується оптимальний режим роботи фізіологічних систем для адаптації організму до зовнішнього середовища. Третій рівень регуляції реалізується поведінковими реакціями організму та забезпечує оптимізацію його життєдіяльності.
Розрізняють чотири види регуляції: механічну, гуморальну, нервову, нервово-гуморальну.
Фізичне (механічне) регулюванняреалізується через механічні, електричні, оптичні, звукові, електромагнітні, теплові та інші процеси (наприклад, заповнення додатковим об'ємом крові порожнин серця призводить до більшого ступеня розтягування їх стінок і сильнішого скорочення міокарда). Найбільш надійними механізмами регулювання є місцеві. Вони реалізуються шляхом фізико-хімічної взаємодії структур органу. Наприклад, у працюючому м'язі в результаті виділення міоцитами хімічних метаболітів і тепла відбувається розширення кровоносних судин, що супроводжується зростанням об'ємної швидкості кровотоку та збільшенням постачання міоцитів поживними речовинами та киснем. Місцева регуляція може здійснюватися за допомогою біологічно активних речовин (гістамін), тканинних гормонів (простагландини).
Гуморальне регулюванняздійснюється через рідкі середовища організму (кров (гумор), лімфу, міжклітинну, цереброспінальну рідини) за допомогою різних біологічно активних речовин, що виділяються спеціалізованими клітинами, тканинами чи органами. Цей вид регуляції може здійснюватися лише на рівні структур органу - місцева саморегуляція, або забезпечувати генералізовані ефекти через систему гормональної регуляції. У кров надходять хімічні речовини, що утворюються в спеціалізованих тканинах і мають специфічні функції. Серед цих речовин розрізняють метаболіти, медіатори, гормони. Вони можуть діяти місцево чи дистантно. Наприклад, продукти гідролізу АТФ, концентрація яких зростає при підвищенні функціональної активності клітин, викликають розширення кровоносних судин та покращують трофіку цих клітин. Особливо важливу роль відіграють гормони-продукти секреції спеціальних, ендокринних органів. До залоз внутрішньої секреції відносять: гіпофіз, щитовидну та навколощитовидну залози, острівцевий апарат підшлункової залози, кору та мозкову речовину надниркових залоз, статеві залози, плаценту та епіфіз. Гормони впливають обмін речовин, стимулюють морфообразовательные процеси, диференціювання, зростання, метаморфоз клітин, включають певну діяльність виконавчих органів, змінюють інтенсивність діяльності виконавчих органів прокуратури та тканин. Гуморальний шлях регуляції діє відносно повільно, швидкість реакції у відповідь залежить від швидкості утворення і секреції гормону, його проникнення в лімфу і кров, швидкості кровотоку. Локальна дія гормону визначається наявністю щодо нього специфічного рецептора. Тривалість дії гормону залежить від швидкості його руйнування в організмі. У різних клітинах організму, зокрема і мозку, утворюються нейропептиди, які діють поведінка організму, низку різних функцій і регулюють секрецію гормонів.
Нервова регуляціяздійснюється за допомогою нервової системи, базується на переробці інформації нейронами та передачі її по нервах. Має такі особливості:
велику швидкість розвитку дії;
Точність зв'язку;
Високу специфічність - у реакції бере участь суворо певна кількість компонентів, необхідних в даний момент.
Нервова регуляція здійснюється швидко, із спрямованістю сигналу до певного адресата. Передача інформації (потенціалів дії нейронів) здійснюється зі швидкістю до 80-120 м/с без зниження амплітуди та втрати енергії. Нервової регуляції підлягають соматичні та вегетативні функції організму. Основний принцип нервової регуляції – рефлекс. Нервовий механізм регуляції філогенетично виник пізніше місцевого і гуморального і забезпечує високу точність, швидкість і надійність реакції у відповідь. Він є найдосконалішим механізмом регуляції.
Нервово-гуморальна кореляція.У процесі еволюції відбулося об'єднання нервового та гуморального видів кореляцій у нервово-гуморальну форму, коли екстрене залучення до процесу дії органів шляхом нервової кореляції доповнюється та пролонгується гуморальними факторами.
Нервова і гуморальна кореляції грають провідну роль об'єднанні (інтеграції) складових частин (компонентів) організму на єдине цілеорганізм. У цьому вони хіба що доповнюють одне одного своїми особливостями. Гуморальний зв'язок має генералізований характер. Вона одночасно реалізується у всьому організмі. Нервовий зв'язок має спрямований характер, він найбільш вибірковий і реалізується у кожному даному випадку переважно лише на рівні певних компонентів організму.
Креаторні зв'язки забезпечують обмін між клітинами макромолекулами, які здатні вплинути на регуляторний вплив на процеси метаболізму, диференціювання, росту, розвитку, функціонування клітин, тканин. Через креаторні зв'язки здійснюється вплив кейлонів - білків, що пригнічують синтез нуклеїнових кислот та поділ клітин.
Метаболіти за механізмом зворотного зв'язку впливають на внутрішньоклітинний обмін та функції клітин та на функціонування рядом розташованих структур. Наприклад, при інтенсивній м'язовій роботі молочна та піровиноградна кислоти, що утворюються в м'язовій клітині в умовах дефіциту кисню, ведуть до розширення мікросудин м'язи, до збільшення припливу крові, поживних речовин та кисню, що покращує харчування м'язових клітин. Одночасно вони стимулюють метаболічні шляхи їхнього використання, знижують скорочувальну здатність м'яза.
Нейроендокринна система забезпечує відповідність метаболічних, фізичних функцій та поведінкових реакцій організму умовам зовнішнього середовища, підтримує процеси диференціації, зростання, розвитку, регенерації клітин; в цілому сприяють збереженню та розвитку як індивідуума, так і біологічного виду в цілому. Подвійна (нервова та ендокринна) регуляція забезпечує через механізм дублювання надійність регуляції, високу швидкість відповіді через нервову систему та тривалість відповіді у часі через виділення гормонів. Філогенетично найдавніші гормони виробляються нервовими клітинами, хімічний сигнал і нервовий імпульс часто взаємоперетворювані. Гормони, будучи нейромодуляторами, впливають на ефекти в ЦНС багатьох медіаторів (гастрин, холецистокінін, ВІП, ГІП, нейротензин, бомбезин, субстанція Р, опіомеланокортини - АКТГ, бета-, гамма-ліпотропіни, альфа-, бета-, пролактин, соматотропін). Описано гормон продукуючі нейрони.
В основі нервової та гуморальної регуляції лежить принцип кільцевого зв'язку, який у біологічних системах був пріоритетно показаний радянським фізіологом П.К.Анохіним. Позитивні та негативні зворотні зв'язки забезпечують оптимальний рівень функціонування – посилення слабких відповідей та обмеження надсильних.
Розподіл механізмів регуляції на нервові та гуморальні є умовним. В організмі ці механізми нероздільні.
1) Інформація про стан зовнішнього та внутрішнього середовища, як правило, сприймається елементами нервової системи, і після обробки в нейронах як виконавчі органи можуть використовуватися як нервовий, так і гуморальний шлях регуляції.
2) Діяльність залоз внутрішньої секреції керується нервовою системою. У свою чергу, метаболізм, розвиток та диференціювання нейронів здійснюється під впливом гормонів.
3) Потенціали дії у місцях контакту нейрона та робочої клітини викликають секрецію медіатора, який через гуморальну ланку змінює функцію клітини. Таким чином, в організмі існує єдина нейрогуморальна регуляція із пріоритетним значенням нервової системи. Організм на дію кожного подразника відповідає складною біологічною реакцією як єдине ціле. Це досягається взаємодією всіх систем, тканин та клітин організму. Взаємодія забезпечується місцевими, гуморальними та нервовими механізмами регуляції.
Нервова система людини ділиться на центральну (головний та спинний мозок) та периферичну. Центральна нервова система забезпечує індивідуальне пристосування організму до середовища проживання, адаптацію організму, поведінку організму відповідно до конституції та її потреб, забезпечує інтеграцію та об'єднання органів в єдине ціле на основі сприйняття, оцінки, порівняння, аналізу інформації, що надходить із зовнішнього та внутрішнього середовища організму . Периферична нервова система забезпечує трофіку тканин і безпосередньо впливає на структуру і функціональну активність органів.
Найважливіші поняття теорії фізіологічних регуляцій.
Перед тим, як розглядати механізми нейрогуморальних регуляцій, зупинимося на найважливіших поняттях цього розділу фізіології. Деякі їх розроблені кібернетикою. Знання таких понять полегшує розуміння регуляцій фізіологічних функцій та вирішення низки проблем у медицині.
Фізіологічна функція- прояв життєдіяльності організму або його структур (клітини, органу, системи клітин та тканин), спрямований на збереження життя та виконання генетично та соціально зумовлених програм.
Система- Сукупність взаємодіючих елементів, що здійснюють функцію, яка не може бути виконана одним окремим елементом.
Елемент -структурна та функціональна одиниця системи.
Сигнал -різноманітні види речовини та енергії, що передають інформацію.
Інформаціявідомості, повідомлення, що передаються каналами зв'язку та сприймаються організмом.
Подразник- фактор зовнішнього чи внутрішнього середовища, вплив якого на рецепторні утворення організму спричинює зміну процесів життєдіяльності. Подразники поділяють на адекватні та неадекватні. До сприйняття адекватних подразниківрецептори організму пристосовані та активуються при дуже малій енергії фактора, що впливає. Наприклад, для активації рецепторів сітківки ока (паличок та колб) достатньо 1 -4 кванта світла. Неадекватнимиє подразники,до сприйняття яких чутливі елементи організму не пристосовані. Наприклад, колбочки та палички сітківки ока не пристосовані до сприйняття механічних впливів і не забезпечують появи відчуття навіть за значної сили на них. Лише при дуже великій силі впливу (удар) може відбутися їхня активація та виникнення відчуття світла.
Подразники поділяють також за їх силою на підпорогові, порогові та надпорогові. Сила підпорогових подразниківнедостатня для виникнення відповідної реакції організму, що реєструється, або його структур. Пороговим подразникомназивають такою, мінімальна сила якого достатня для виникнення вираженої реакції у відповідь. Надпорогові подразникимають більшу силу, ніж порогові подразники.
Подразник і сигнал – подібні, але не однозначні поняття. Один і той самий подразник може мати різне сигнальне значення. Наприклад, писк зайця може бути сигналом, що попереджає про небезпеку родичів, але для лисиці цей звук - сигнал про можливість видобутку їжі.
Роздратування -вплив факторів навколишнього чи внутрішнього середовища на структури організму. Слід зазначити, що в медицині термін "роздратування" іноді застосовується і в іншому сенсі - для позначення реакції реакції організму або його структур на дію подразника.
Рецепторимолекулярні або клітинні структури, що сприймають дію факторів зовнішнього або внутрішнього середовища та передають інформацію про сигнальне значення подразника на наступні ланки регуляторного контуру.
Поняття рецептори розглядається з двох точок зору: з молекулярно-біологічної та морфофункціональної. В останньому випадку говорять про сенсорні рецептори.
З молекулярно-біологічноїточки зору рецептори - спеціалізовані білкові молекули, вбудовані в клітинну мембрану або що знаходяться в цитозолі та ядрі. Кожен вид таких рецепторів здатний взаємодіяти тільки з певними сигнальними молекулами - лігандами.Наприклад, для так званих адренорецепторів лігандом є молекули гормону адреналіну та норадреналіну. Такі рецептори вбудовані в мембрани багатьох клітин організму. Роль лігандів в організмі виконують біологічно активні речовини: гормони, нейромедіатори, фактори росту, цитокіни, простагландини. Вони виконують свою сигнальну функцію, перебуваючи в біологічних рідинаху дуже малих концентраціях. Наприклад, вміст гормонів у крові виявляється у межах Ю -7 -10" 10 моль/л.
З морфофункціональноїточки зору рецептори (сенсорні рецептори) – це спеціалізовані клітини або нервові закінчення, функцією яких є сприйняття дії подразників та забезпечення виникнення збудження у нервових волокнах. У такому розумінні термін "рецептор" найчастіше застосовується у фізіології, коли йдеться про регуляції, що забезпечуються нервовою системою.
Сукупність однотипних сенсорних рецепторів та область організму, в якій вони зосереджені, називають рецепторним полем.
Функцію сенсорних рецепторів в організмі виконують:
спеціалізовані нервові закінчення. Вони можуть бути вільними, не покритими оболонками (наприклад, болючі рецептори шкіри) або мати оболонку (наприклад, тактильні рецептори шкіри);
спеціалізовані нервові клітини (нейросенсорні клітини). У людини такі сенсорні клітини є у шарі епітелію, що вистилає поверхню носової порожнини; вони забезпечують сприйняття пахучих речовин. У сітківці ока нейросенсорні клітини представлені колбочками та паличками, які сприймають світлові промені;
3) спеціалізовані епітеліальні клітини - це клітини, що розвиваються з епітеліальної тканини, які набули високу чутливість до дії певних видів подразників і можуть передавати інформацію про цих подразників на нервові закінчення. Такі рецептори є у внутрішньому вусі, смакових цибулинах мови та вестибулярному апараті, забезпечуючи можливість сприйняття відповідно звукових хвиль, смакових відчуттів, положення та руху тіла.
Регулюванняпостійний контроль та необхідна корекція функціонування системи та її окремих структур з метою досягнення корисного результату.
Фізіологічне регулювання- процес, що забезпечує збереження відносної сталості або зміну в бажаному напрямку показників гомеостазу та життєвих функцій організму та його структур.
Для фізіологічних регуляцій життєвих функцій організму характерні такі риси.
Наявність замкнутих контурів регулювання.До найпростішого регуляторного контуру (рис. 2.1) входять блоки: регульований параметр(наприклад, рівень вмісту глюкози у крові, величина кров'яного тиску),керуючий пристрій- в цілісному організмі це нервовий центр, в окремій клітині - геном, ефектори- органи та системи, які під впливом сигналів від керуючого пристрою змінюють свою роботу та безпосередньо впливають на величину регульованого параметра.
Взаємодія окремих функціональних блоків такої регуляторної системи здійснюється каналами прямого та зворотного зв'язку. По каналах прямого зв'язку інформація передається від керуючого пристрою до ефекторів, а по каналах зворотного зв'язку - від рецепторів (датчиків), контроль-
Мал. 2.1.Схема замкнутого контуру регулювання
ють величину регульованого параметра, - до керуючого пристрою (наприклад, від рецепторів скелетних м'язів - до спинного та головного мозку).
Таким чином, зворотний зв'язок (її у фізіології ще називають зворотною аферентацією) забезпечує надходження до керуючого пристрою сигналізації про величину (стан) регульованого параметра. Вона забезпечує контроль за відповіддю ефекторів на керуючий сигнал та результатом дії. Наприклад, якщо метою руху руки людини було розкриття підручника фізіології, то зворотний зв'язок здійснюється проведенням імпульсації по аферентних нервових волокнах від рецепторів очей, шкіри та м'язів у головний мозок. Така імпульсація забезпечує можливість стеження рухами руки. Завдяки цьому нервова система може здійснювати корекцію руху задля досягнення необхідного результату дії.
За допомогою зворотного зв'язку (зворотної аферентації) відбувається замикання регуляторного контуру, об'єднання його елементів у замкнутий ланцюг – систему елементів. Тільки за наявності замкнутого контуру регулювання можливе здійснення стійкої регуляції параметрів гомеостазу та пристосувальних реакцій.
Зворотний зв'язок поділяють на негативну та позитивну. В організмі переважна кількість зворотних зв'язків – негативні. Це означає, що під впливом інформації, що надходить по їх каналам, регулювальна система повертає відхилений параметр до вихідного (нормального) значення. Таким чином, негативний зворотний зв'язок необхідний збереження стійкості рівня регульованого показника. На противагу цьому позитивний зворотний зв'язок сприяє зміні величини регульованого параметра, переведення його на новий рівень. Так, на початку інтенсивного м'язового навантаження, імпульсація від рецепторів скелетних м'язів сприяє розвитку збільшення рівня артеріального кров'яного тиску.
Функціонування нейро гуморальних механізміврегуляції в організмі не завжди спрямоване лише на утримання гомеостатичних констант на незмінному, строго стабільному рівні. У ряді випадків для організму життєво важливо, щоб системи, що регулюють, перебудували свою роботу і змінили величину гомеостатичної константи, змінили так звану «установочну точку» регульованого параметра.
Настановна точка(англ. set point).Це рівень регульованого параметра, у якому регулююча система прагне утримувати величину цього параметра.
Розуміння наявності та спрямованості змін настановної точки гомеостатичних регуляцій допомагає визначити причину виникнення патологічних процесів в організмі, прогнозувати їх розвиток та знайти правильний шлях лікування та профілактики.
Розглянемо це з прикладу оцінки температурних реакцій організму. Навіть коли людина здорова, то величина температури серцевини тіла протягом доби коливається між 36 °С та 37 °С, причому у вечірні години - ближче до 37 °С, вночі та рано вранці - до 36 °С. Це свідчить про наявність циркадного ритму зміни величини настановної точки терморегуляції. Але особливо яскраво заявляє про себе наявність змін настановної точки температури серцевини тіла при низці захворювань людини. Наприклад, при розвитку інфекційних захворювань терморегуляторні центри нервової системи отримують сигналізацію про появу в організмі бактеріальних токсинів та перебудовують свою роботу так, щоб підвищити рівень температури тіла. Така реакція організму використання інфекції вироблена филогенетически. Вона корисна, оскільки за підвищеної температури імунна система функціонує активніше, а умови розвитку інфекції погіршуються. Ось чому не завжди слід призначати жарознижувальні засоби при розвитку лихоманки. Але оскільки дуже висока температура серцевини тіла (понад 39 °С, особливо у дітей) може бути небезпечною для організму (насамперед у плані пошкоджень нервової системи), то в кожному окремому випадку лікар повинен приймати індивідуальне рішення. Якщо при температурі тіла 38,5 - 39 °С є такі ознаки, як м'язове тремтіння, озноб, коли людина кутається в ковдру, прагне зігрітися, то ясно, що механізми терморегуляції продовжують мобілізацію всіх джерел теплопродукції та способів збереження тепла в організмі. Це означає, що ще не досягнуто настановної точки і найближчим часом температура тіла зростатиме, досягаючи небезпечних меж. Але якщо при тій же температурі у хворого з'явилося рясне потовиділення, зникло м'язове тремтіння і він розкривається, то ясно, що точка вже досягнута і механізми терморегуляції будуть перешкоджати подальшому підвищенню температури. У такій ситуації лікар на певний час часом може утриматися від призначення жарознижувальних засобів.
рівні регулюючих систем.Виділяють такі рівні:
субклітинний (наприклад, саморегуляція ланцюжків біохімічних реакцій, об'єднаних у біохімічні цикли);
клітинний – регуляція внутрішньоклітинних процесів за допомогою біологічно активних речовин (аутокринію) та метаболітів;
тканинний (паракринія, креаторні зв'язки; регуляція взаємодії клітин: злипання, об'єднання в тканину, синхронізацію поділу та функціональної активності);
органний - саморегуляція окремих органів, функціонування їх як єдиного цілого Такі регуляції здійснюються як за рахунок гуморальних механізмів (паракринію, креаторні зв'язки), так і нервових клітин, тіла яких знаходяться у внутрішньоорганних вегетативних гангліях. Ці нейрони взаємодіють, становлячи внутрішньоорганні рефлекторні дуги. Водночас через них реалізуються й регуляторні впливи центральної нервової системи на внутрішні органи;
організмовий регуляція гомеостазу, цілісність організму, формування регуляторних функціональних систем, що забезпечують доцільні поведінкові реакції, пристосування організму до змін умов довкілля.
Таким чином, в організмі існує багато рівнів систем, що регулюють. Найпростіші системи організму поєднуються у складніші, здатні виконувати нові функції. У цьому прості системи, зазвичай, підпорядковуються управляючим сигналам із боку складніших систем. Таке підпорядкування називають ієрархією систем, що регулюють.
Більш детально механізми здійснення цих регуляцій будуть розглянуті нижче.
Єдність та відмінні особливостінервових та гуморальних регуляцій.Механізми регуляції фізіологічних функцій традиційно поділяють на нервові та гуморальні.
ні, хоча насправді вони утворюють єдину регуляторну систему, що забезпечує підтримку гомеостазу та пристосувальну діяльність організму. Ці механізми мають численні зв'язки як у рівні функціонування нервових центрів, і під час передачі сигнальної інформації эффекторным структурам. Досить сказати, що при здійсненні найпростішого рефлексу як елементарного механізму нервових регуляцій, передача сигналізації з однієї клітини на іншу здійснюється за допомогою гуморальних факторів- нейромедіаторів. Чутливість сенсорних рецепторів до дії подразників та функціональний стан нейронів змінюється під дією гормонів, нейромедіаторів, ряду інших біологічно активних речовин, а також найпростіших метаболітів та мінеральних іонів (К+Na+СаCI-). У свою чергу нервова система може запускати або виконувати корекцію гуморальних регуляцій. Гуморальні регуляції в організмі знаходяться під контролем нервової системи.
Особливості нервових та гуморальних регуляцій в організмі. Гуморальні механізми філогенетично давніші, вони є навіть у одноклітинних тварин і набувають велика різноманітністьу багатоклітинних та особливо у людини.
Нервові механізми регуляцій утворилися філогенетично пізніше і формуються поступово в онтогенезі людини. Такі регуляції можливі лише в багатоклітинних структурах, що мають нервові клітини, що об'єднуються в нервові ланцюги та рефлекторні дуги.
Гуморальні регуляції здійснюються шляхом поширення сигнальних молекул у рідинах організму за принципом "усім, усім, усім", або принципом "радіозв'язку"
Нервові регуляції здійснюються за принципом "лист з адресою", або "телеграфного зв'язку" Сигналізація передається від нервових центрів до строго певних структур, наприклад, до точно визначених м'язових волокон або їх груп у конкретному м'язі. Тільки в цьому випадку можливі цілеспрямовані, координовані рухи людини.
Гуморальні регуляції, зазвичай, здійснюються повільніше, ніж нервові. Швидкість проведення сигналу (потенціалу дії) у швидких нервових волокнах досягає 120 м/с, тоді як швидкість транспорту сигнальної моле-
шари зі струмом крові в артеріях приблизно в 200 разів, а в капілярах - у тисячі разів менше.
Прихід нервового імпульсу до органу-ефектора практично миттєво викликає фізіологічний ефект (наприклад, скорочення скелетного м'яза). Реакція на багато гормональних сигналів повільніша. Наприклад, прояв реакції у відповідь на дію гормонів щитовидної залози і кори надниркових залоз відбувається через десятки хвилин і навіть годинник.
Гуморальні механізми мають переважне значення у регуляції процесів обміну речовин, швидкості поділу клітин, зростання та спеціалізації тканин, статевого дозрівання, адаптації до зміни умов довкілля.
Нервова система в здоровому організмівпливає на всі гуморальні регуляції, здійснює їхню корекцію. Разом з тим нервова система має свої специфічні функції. Вона регулює життєві процеси, що потребують швидких реакцій, забезпечує сприйняття сигналів, що надходять від сенсорних рецепторів органів чуття, шкіри та внутрішніх органів. Регулює тонус та скорочення скелетних м'язів, які забезпечують підтримку пози та переміщення тіла у просторі. Нервова система забезпечує прояв таких психічних функцій, як відчуття, емоції, мотивації, пам'ять, мислення, свідомість, регулює поведінкові реакції, створені задля досягнення корисного пристосувального результату.
Незважаючи на функціональну єдність та численні взаємозв'язки нервових та гуморальних регуляцій в організмі, з метою зручності вивчення механізмів здійснення цих регуляцій розглянемо їх окремо.
Характеристика механізмів гуморального регулювання в організмі. Гуморальні регуляції здійснюються з допомогою передачі сигналів з допомогою біологічно активних речовин через рідкі середовища організму. До біологічно активних речовин організму відносять: гормони, нейромедіатори, простагландини, цитокіни, фактори зростання, ендотелії, азоту оксид та ряд інших речовин. Для виконання їхньої сигнальної функції досить дуже малої кількості цих речовин. Наприклад, гормони виконують свою регуляторну роль при концентрації їх у крові в межах Ю -7 -10 0 моль/л.
Гуморальні регуляції поділяють на ендокринні та місцеві.
Ендокринні регуляції здійснюються завдяки функціонуванню залоз внутрішньої секреції (ендокринних залоз), які є спеціалізованими органами, що виділяють гормони. Гормони- біологічно активні речовини, що виробляються ендокринними залозами, що переносяться кров'ю та надають специфічні регуляторні впливи на життєдіяльність клітин та тканин. Відмінною особливістю ендокринних регуляцій є те, що залози внутрішньої секреції виділяють гормони в кров і таким чином ці речовини доставляються практично всім органам і тканинам. Однак реакція у відповідь на дію гормону може бути лише з боку тих клітин (мішеней), на мембранах, в цитозолі або ядрі яких є рецептори до відповідного гормону.
Відмінною особливістю місцевих гуморальних регуляцій є те, що біологічно активні речовини, що виробляються клітиною, не надходять у кровотік, а діють на клітину, що їх продукує, і її найближче оточення, поширюючись за рахунок дифузії по міжклітинній рідині. Такі регуляції поділяють на регуляцію обміну речовин у клітині за рахунок метаболітів, аутокринію, паракринію, юкстакринію, взаємодії через міжклітинні контакти.
Регуляція обміну речовин у клітині за рахунок метаболітів.Метаболіти - кінцеві та проміжні продукти процесів обміну речовин у клітині. Участь метаболітів у регуляції клітинних процесів обумовлена наявністю в обміні речовин ланцюжків функціонально пов'язаних біохімічних реакцій – біохімічних циклів. Характерно, що у таких біохімічних циклах є основні ознаки біологічних регуляцій, наявність замкнутого контуру регулювання і негативної зворотний зв'язок, що забезпечує замикання цього контуру. Наприклад, ланцюжки таких реакцій використовуються при синтезі ферментів та речовин, що беруть участь в утворенні аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). АТФ- речовина, в якій акумулюється енергія, що легко використовується клітинами для різних процесів життєдіяльності: руху, синтезу органічних речовин, росту, транспорту речовин через клітинні мембрани.
Аутокринний механізм.При такому типі регуляцій синтезована в клітині сигнальна молекула виходить через
Рецептор r t Ендокринія
о? м ooo
Аугокринія Паракринія Юкстакрінія t
Мал. 2.2.Види гуморальних регуляцій в організмі
клітинну мембрану в міжклітинну рідину та зв'язується з рецептором на зовнішній поверхні мембрани (рис. 2.2). Таким чином клітина реагує на синтезовану в ній сигнальну молекулу - ліганд. Приєднання ліганду до рецептора на мембрані викликає активацію цього рецептора, а він запускає цілий каскад біохімічних реакцій у клітині, які забезпечують зміну її життєдіяльності. Аутокринна регуляція часто використовується клітинами імунної та нервової систем. Цей шлях ауторегуляції необхідний підтримки стабільного рівня секреції деяких гормонів. Наприклад, у запобіганні надлишковій секреції інсуліну Р-клітинами підшлункової залози має значення гальмівна дія секретованого ними гормону на активність цих клітин.
Паракринний механізм.Здійснюється шляхом секреції клітиною сигнальних молекул, що виходять у міжклітинну рідину та впливають на життєдіяльність сусідніх клітин (рис. 2.2). Відмінною рисою цього виду регуляцій є те, що у передачі сигналу є етап дифузії молекули ліганду через міжклітинну рідину від однієї клітини до інших сусідніх клітин. Так, клітини підшлункової залози, що секретують інсулін, впливають на клітини цієї залози, що секретують інший гормон глюкагон. Фактори росту та інтерлейкіни впливають на клітинний поділ, простагландини – на тонус гладких м'язів, мобілізацію Са 2+ Такий тип передачі сигналів важливий у регуляції росту тканин при розвитку ембріона, загоєнні ран, для зростання пошкоджених нервових волокон та при передачі збудження у синапсах.
Дослідженнями останніх роківпоказано, що деякі клітини (особливо нервові) для збереження своєї життєдіяльності повинні постійно отримувати специфічні сигнали.
ЛЬ1 від сусідніх кліток. Серед таких специфічних сигналів особливо важливі речовини - фактори зростання (NGF). При тривалому відсутності впливу цих сигнальних молекул нервові клітини запускають програму самознищення. Такий механізм клітинної смерті називають апоптоз.
Паракринне регулювання часто використовується одночасно з аутокринною. Наприклад, при передачі збудження в синапсах сигнальні молекули, що виділяються нервовим закінченням, зв'язуються не тільки з рецепторами сусідньої клітини (на постсинаптичній мембрані), але і з рецепторами на мембрані цього ж нервового закінчення (тобто пресинаптичної мембрані).
Юкстакринний механізм.Здійснюється шляхом передачі сигнальних молекул безпосередньо з зовнішньої поверхні мембрани однієї клітини на мембрану інший. Це відбувається за умови безпосереднього контакту (прикріплення, адгезійного зчеплення) мембран двох клітин. Таке прикріплення відбувається, наприклад, при взаємодії лейкоцитів та тромбоцитів з ендотелієм кровоносних капілярів у місці, де є запальний процес. На мембранах, що вистилають капіляри клітин, у місці запалення з'являються сигнальні молекули, які зв'язуються з рецепторами певних видівлейкоцитів. Такий зв'язок призводить до активації прикріплення лейкоцитів до поверхні. кровоносної судини. За цим може бути цілий комплекс біологічних реакцій, що забезпечують перехід лейкоцитів з капіляра в тканину і придушення ними запальної реакції.
Взаємодія через міжклітинні контакти.Здійснюються через міжмембранні з'єднання (вставні диски, нексуси). Зокрема, дуже поширена передача сигнальних молекул та деяких метаболітів через щілинні контакти – нексуси. При утворенні нексусів спеціальні білкові молекули (конексони) клітинної мембрани поєднуються по 6 штук так, що формують кільце з часом усередині. На мембрані сусідньої клітини (точно навпаки) формується таке ж кільцеподібне утворення з часом. Дві центральні пори, об'єднуючись, формують канал, що пронизує мембрани сусідніх клітин. Ширина каналу достатня для проходження багатьох біологічно активних речовин та метаболітів. Через нексуси вільно проходять іони Са 2+ є потужними регуляторами внутрішньоклітинних процесів.
Завдяки високій електропровідності нексуси сприяють поширенню локальних струмів між сусідніми клітинами та формуванню функціональної єдності тканини. Особливо виражені такі взаємодії у клітинах серцевого м'яза та гладких м'язів. Порушення стану міжклітинних контактів призводить до патології серця.
ня тонусу м'язів судин, слабкості скорочення матки н зміни ряду інших регуляцій.
Міжклітинні контакти, що виконують роль зміцнення фізичного зв'язку між мембранами, називають щільними сполуками та адгезійними поясами. Такі контакти можуть мати вигляд кругового пояса, що проходить між бічними поверхнями клітини. Ущільнення та збільшення міцності цих сполук забезпечується прикріпленням на поверхні мембран білків міозину, актинину, тропоміозину, вінкуліну та ін. Щільні сполуки сприяють об'єднанню клітин у тканину, їх злипанню та стійкості тканини до механічних впливів. Вони також беруть участь у формуванні бар'єрних утворень організму. Щільні контакти особливо виражені між ендотелією, що вистилає судини головного мозку. Вони зменшують проникність цих судин для циркулюючих у крові речовин.
У всіх гуморальних регуляціях, які здійснюються за участю специфічних сигнальних молекул, важливу роль відіграють клітинні та внутрішньоклітинні мембрани. Тож розуміння механізму гуморальних регуляцій необхідно знати елементи фізіології клітинних мембран.
Мал. 2.3.Схема будови клітинної мембрани
Білок-переносник
(вторинно-активний
транспорт)
Мембранний білок
Білок РКС
Подвійний шар фосфоліпідів
Антигени
Позаклітинна поверхня
Внутрішньоклітинне середовище
Особливості будови та властивості клітинних мембран.Для всіх клітинних мембран характерний один принцип будови (рис. 2.3). Їх основу становлять два шари ліпідів (молекул жирів, серед яких найбільше фосфоліпідів, але є також холестерол та гліколіпіди). Молекули мембранних ліпідів мають головку (ділянка, що притягує воду і прагне взаємодіяти з нею, званий гідрофільним) і хвіст, який є гідрофобним (відштовхується від молекул води, уникає їх сусідства). В результаті такої відмінності властивостей головки та хвоста ліпідних молекул останні при попаданні на поверхню води вишиковуються рядами: головка до голівки, хвіст до хвоста і утворюють подвійний шар, в якому гідрофільні головки звернені до води, а гідрофобні хвости – один до одного. Хвости знаходяться усередині цього подвійного шару. Наявність ліпідного шару утворює замкнутий простір, ізолює цитоплазму від навколишнього водного середовища та створює перешкоду для проходження води та розчинних у ній речовин через клітинну мембрану. Товщина такого ліпідного бішару становить близько 5 нм.
До складу мембран також входять білки. Їхні молекули за обсягом і за масою в 40-50 разів більші, ніж молекули мембранних ліпідів. За рахунок білків товщина мембрани досягає ?-10 нм. Незважаючи на те, що сумарні маси білків і ліпідів у більшості мембран майже рівні, кількість молекул білків у мембрані в десятки разів менша, ніж молекул ліпідів. Зазвичай білкові молекули розрізнено. Вони хіба що розчинені у мембрані, можуть у ній зміщуватися і змінювати своє становище. Це стало приводом до того, що будову мембрани назвали рідинно-мозаїчним.Молекули ліпідів також можуть зміщуватися вздовж мембрани і навіть перестрибувати з одного ліпідного шару до іншого. Отже, мембрана має ознаки плинності і разом з тим має властивість самоскладання, може відновлюватися після пошкоджень за рахунок властивості ліпідних молекул вишиковуватися в подвійний ліпідний шар.
Білкові молекули можуть пронизувати всю мембрану отже їх кінцеві ділянки виступають її поперечні межі. Такі білки називають трансмембраннимиабо інтегральними.Є також білки, тільки частково занурені в мембрану або розташовані на поверхні.
Білки клітинних мембран виконують численні функції. Для кожної функції геном клітини забезпечує запуск синтезу специфічного білка. Навіть у відносно легко влаштованій мембрані еритроциту є близько 100 різних білків. Серед найважливіших функцій мембранних білків відзначаються: 1) рецепторна – взаємодія із сигнальними молекулами та передача сигналу в клітину; 2) транспортна - перенесення речовин через мембрани та забезпечення обміну між цитозолем та навколишнім середовищем. Існує кілька різновидів білкових молекул (транслоказ), що забезпечують трансмембранний транспорт. Серед них є білки, що формують канали, які пронизують мембрану і через них йде дифузія певних речовин між цитозолем та позаклітинним простором. Такі канали найчастіше ионоселективные, тобто. пропускають іони лише однієї речовини. Є також канали, вибірковість яких менша, наприклад, вони пропускають іони Na + і К + , К + і С1~. Є також білки-переносники, які забезпечують транспорт речовини через мембрану за рахунок зміни свого положення у цій мембрані; 3) адгезивна - білки спільно з вуглеводами беруть участь у здійсненні адгезії (злипання, склеювання клітин при імунних реакціях, об'єднання клітин у шари та тканини); 4) ферментативна - деякі вбудовані в мембрану білки виконують роль каталізаторів біохімічних реакцій, перебіг яких можливий лише в контакті з клітинними мембранами; 5) механічна – білки забезпечують міцність та еластичність мембран, їх зв'язок з цитоскелетом. Наприклад, в еритроцитах таку роль виконує білок спектрин, який у вигляді сітківки прикріплений до внутрішньої поверхні мембрани еритроциту і має зв'язок з внутрішньоклітинними білками, складовими цитоскелет. Це надає еритроцитам еластичність, здатність змінювати та відновлювати форму при проходженні через кровоносні капіляри.
Вуглеводи становлять лише 2-10% від маси мембрани, кількість їх у різних клітинах мінлива. Завдяки вуглеводам здійснюються деякі види міжклітинних взаємодій, вони беруть участь у впізнанні клітиною чужорідних антигенів і разом із білками створюють своєрідну антигенну структуру поверхневої мембрани своєї клітини. За такими антигенами клітини впізнають одна одну, об'єднуються в тканину і на короткий часзлипаються передачі сигнальних молекул. З'єднання білків із цукрами називають глікопротеїнами. Якщо ж вуглеводи з'єднуються з ліпідами, такі молекули називають гліколіпідами.
Завдяки взаємодії речовин, що входять у мембрану і відносної впорядкованості їх розташування клітинна мембрана набуває ряд властивостей і функцій, що не зводяться до простої суми властивостей її речовин, що її утворюють.
Функції клітинних мембран і механізми їх реалізації
До основнихфункцій клітинних мембран відносять- з віддання оболонки (бар'єру), що відокремлює цитозоль від
^жаючоюсередовища, івизначення кордонів іформи клітини; про безпеку міжклітинних контактів, що супроводжуються панієммембран (адгезія). Міжклітинна адгезія важлива ° я об'єднання однотипних клітин у тканину, утворення гіс- гематичнихбар'єрів, здійснення імунних реакцій; івзаємодія з ними, а також передача сигналів усередину клітини; 4) забезпечення мембранними білками-ферментами каталізу біохімічних реакцій,що йдуть у примембранному шарі. Деякі з цих білків виконують також роль рецепторів. Зв'язок ліганду стакимрецептором активує його ферментативні властивості; 5) забезпечення поляризації мембрани, генерація різниці електричнихпотенціалів між зовнішньою івнутрішньої стороноюмембрани; 6) створення імунної специфічності клітини з допомогою наявності у структурі мембрани антигенів. Роль антигенів, як правило, виконують ділянки білкових молекул, що виступають над поверхнею мембрани, і пов'язані з ними молекули вуглеводів. Імунна специфічність має значення при поєднанні клітин у тканину та взаємодії з клітинами, які здійснюють імунний нагляд в організмі; 7) забезпечення виборчої проникності речовин через мембрану та транспорту їх між цитозолем та навколишнім середовищем (див. нижче).
Наведений перелік функцій клітинних мембран свідчить у тому, що вони беруть багатогранне що у механізмах нейрогуморальних регуляцій в організмі. Без знання низки явищ і процесів, що забезпечуються мембранними структурами, неможливе розуміння та усвідомлене виконання деяких діагностичних процедурта лікувальних заходів. Наприклад, для правильного застосування багатьох лікарських речовиннеобхідно знання того, якою мірою каяедое з них проникає з крові в тканинну рідину і в цитозоль.
Дифуз і я та транспорт речовин через клітинні Мембрани. Перехід речовин через клітинні мембрани здійснюється за рахунок різних видів дифузії, або активного
транспорту.
Проста дифузіяздійснюється за рахунок градієнтів концентрації певної речовини, електричного заряду чи осмотичного тиску між сторонами клітинної мембрани. Наприклад, середній вміст іонів натрію в плазмі становить 140 мМ/л, а в еритроцитах - приблизно в 12 разів менше. Ця різниця концентрації (градієнт) створює рушійну силу, яка забезпечує перехід натрію з плазми до еритроцитів. Однак швидкість такого переходу мала, тому що мембрана має дуже низьку проникність для іонів Na+ Набагато більша проникність цієї мембрани для калію. На процеси простої дифузії не витрачається енергія клітинного метаболізму. Приріст швидкості простої дифузії прямо пропорційний градієнту концентрації речовини між сторонами мембрани.
Полегшена дифузія,як і проста, йде градієнтом концентрації, але відрізняється від простої тим, що в переході речовини через мембрану обов'язково беруть участь специфічні молекули-переносники. Ці молекули пронизують мембрану (можуть формувати канали) або, Крайній мірі, З нею пов'язані. Речовина, що транспортується, повинна зв'язатися з переносником. Після цього переносник змінює свою локалізацію в мембрані або конформацію таким чином, що доставляє речовину на інший бік мембрани. Якщо для трансмембранного переходу речовини потрібна участь переносника, то замість терміну "дифузія" часто використовують термін транспорт речовини через мембрану.
При полегшеній дифузії (на відміну від простої), якщо відбувається збільшення градієнта трансмембранної концентрації речовини, швидкість переходу його через мембрану зростає лише до моменту, поки не будуть задіяні всі мембранні переносники. При подальшому збільшенні такого градієнта швидкість транспорту залишатиметься незмінною; це називають явищем насичення.Прикладами транспорту речовин шляхом полегшеної дифузії можуть бути: перенесення глюкози з крові в мозок, реабсорбція амінокислот і глюкози з первинної сечі в кров у ниркових канальцях.
Обмінна дифузія -транспорт речовин, у якому може відбуватися обмін молекулами однієї й тієї ж речовини, що є з різних боків мембрани. Концентрація речовини з боку мембрани залишається у своїй незмінною.
Різновидом обмінної дифузії є обмін молекули однієї речовини однією чи більше молекул іншої речовини. Наприклад, у гладком'язових волокнах судин і бронхів одним із шляхів видалення іонів Са 2+ з клітини є обмін їх на позаклітинні іони Na + На три іони вхідного натрію з клітини видаляється один іон кальцію. Створюється взаємозумовлений рух натрію та кальцію через мембрану у протилежних напрямках (цей вид транспорту називають антипортом).Таким чином, клітина звільняється від надлишкового Са 2+ , а це є необхідною умовою для розслаблення гладком'язового волокна. Знання механізмів транспорту іонів через мембрани та способів впливу на цей транспорт - неодмінна умова не тільки для розуміння механізмів регуляції життєвих функцій, а й правильного вибору лікарських засобів для лікування великої кількостізахворювань (гіпертонічної хвороби, бронхіальної астми, серцевих аритмій, порушень водно-сольовогообміну та ін).
Активний транспортвідрізняється від пасивного тим, що проти градієнтів концентрації речовини, використовуючи енергію АТФ, що утворюється з допомогою клітинного метаболізму. Завдяки активному транспорту можуть долатися сили як концентраційного, а й електричного градієнта. Наприклад, при активному транспорті Na + з клітини назовні долається не тільки концентраційний градієнт (зовні вміст Na + в 10-15 разів більше), але і опір електричного заряду (зовні клітинна мембрана у більшості клітин заряджена позитивно, і це створює протидію виходу позитивно зарядженого Na + із клітини).
Активний транспорт Na + забезпечується білком Na +, К + залежною АТФазою. У біохімії закінчення "аза" додається до назви білка в тому випадку, якщо він має ферментативні властивості. Таким чином, назва Na + , К + -залежна АТФаза означає, що ця речовина - білок, який розщеплює аденозинтрифосфорну кислоту тільки при обов'язковому наявності взаємодії з іонами Na + і К + Енергія, що звільняється в результаті розщеплення АТФ, йде на винос з клітини трьох іонів натрію та транспортування всередину клітини двох іонів калію.
Є також білки, що здійснюють активний транспорт іонів водню, кальцію та хлору. У волокнах скелетних м'язів Са 2+ -залежна АТФаза вбудована в мембрани сарко-плазматичного ретикулуму, який утворює внутрішньоклітинні ємності (цистерни, поздовжні трубочки), що накопичують Са 2+ Кальцієвий насос за рахунок енергії розщеплення АТФ переносить іони і може створювати в них концентрацію Са + наближається до 1(Г 3 М, тобто в 10 ТОВ разів більшу, ніж у саркоплазмі волокна.
Вторинно-активний транспортхарактеризується тим, що перенесення речовини через мембрану йде за рахунок градієнта концентрації іншої речовини, для якої є механізм активного транспорту. Найчастіше вторинно-активний транспорт відбувається за рахунок використання градієнта натрію, тобто Na + йде через мембрану у бік його меншої концентрації та тягне за собою іншу речовину. При цьому зазвичай використовується вбудований мембрану специфічний білок-переносник.
Наприклад, транспорт амінокислот і глюкози з первинної сечі в кров, що здійснюється в початковій ділянці ниркових канальців, відбувається тому, що білок-переносник мембрани канальцевого епітелію зв'язується з амінокислотою та іоном натрію і лише тодізмінює своє положення в мембрані таким чином, що переносить амінокислоту та натрій у цитоплазму. Для наявності такого транспорту необхідно, щоб зовні клітини концентрація натрію була набагато більшою, ніж усередині.
Для розуміння механізмів гуморальних регуляцій в організмі необхідне знання не тільки структури та проникності клітинних мембран для різних речовин, але й структури та проникності складніших утворень, що знаходяться між кров'ю та тканинами різних органів.
Фізіологія гістогематичних бар'єрів (ГДБ).Гісто-гематичні бар'єри - це сукупність морфологічних, фізіологічних та фізико-хімічних механізмів, що функціонують як єдине ціле та регулюють взаємодії крові та органів. Гістогематичні бар'єри беруть участь у створенні гомеостазу організму та окремих органів. Завдяки наявності ГГБ кожен орган живе у своєму особливому середовищі, яке може значно відрізнятися від плазми крові за складом окремих інгредієнтів. Особливо потужні бар'єри існують між кров'ю та мозком, кров'ю та тканиною статевих залоз, кров'ю та камерною вологою ока. Безпосередній контакт з кров'ю має шар бар'єру, утворений ендотелією кровоносних капілярів, далі йде базальна мембрана з перицитами ( середній шар) ізотем - адвентиційні клітини органів і тканин (зовнішній шар). Гістогематичні бар'єри, змінюючи свою проникність для різних речовин, можуть обмежувати або полегшувати їх доставку до органу. Для ряду токсичних речовин вони непроникні. У цьому вся виявляється їх захисна функція.
Гематоенцефалічний бар'єр (ГЕБ) це сукупність морфологічних структур, фізіологічних та фізико- хімічних механізмів, що функціонують як єдине ціле та регулюють взаємодію крові та тканини мозку. Морфологічною основою ГЕБ є ендотелій та базальна мембрана мозкових капілярів, інтерстиціальні елементи та глікокалікс, нейроглія, своєрідні клітини якої (астроцити) охоплюють своїми ніжками всю поверхню капіляра. В бар'єрні механізми входять також транспортні системи ендотелію капілярних стінок, що включають піно- та екзоцитоз, ендоплазматичну мережу, утворення каналів, ферментні системи, що модифікують або руйнують речовини, що надходять, а також білки, що виконують функцію переносників. У структурі мембран ендотелію капілярів мозку, так само як і в інших органах, виявлені білки аквапорини, що створюють канали, вибірково пропускають молекули води.
Капіляри мозку відрізняються від капілярів інших органів тим, що ендотеліальні клітини утворюють безперервну стінку. У місцях контакту зовнішні шари ендотеліальних клітин зливаються, утворюючи звані щільні контакти.
Серед функцій ГЕБ виділяють захисну та регулюючу. Він захищає мозок від дії чужорідних та токсичних речовин, бере участь у транспорті речовин між кров'ю та мозком і створює тим самим гомеостаз міжклітинної рідини мозку та ліквору.
Гематоенцефалічний бар'єр має вибіркову проникність для різних речовин. Деякі біологічно активні речовини (наприклад, катехоламіни) практично не проходять через бар'єр. Виняток становлять лишеневеликі ділянки бар'єру на кордоні з гіпофізом, епіфізом та деякими ділянками гіпоталамуса, де проникність гематоенцефалічних бар'єрів для всіх речовин висока. У цих областях виявлені пронизливі ендотелій щілини або канали, якими проникають речовини з крові в позаклітинну рідину мозкової тканини або в самі нейрони.
Висока проникність гематоенцефалічних бар'єрів у цих областях дозволяє біологічно активним речовинам досягати тих нейронів гіпоталамуса та залозистих клітин, на яких замикається регуляторний контур нейроендокринних систем організму.
Характерною рисою функціонування гематоенцефалічних бар'єрів є регуляція проникності для речовин адекватно сформованим умовам. Регуляція йде за рахунок: 1) зміни площі відкритих капілярів, 2) зміни швидкості кровотоку, 3) зміни стану клітинних мембран та міжклітинної речовини, активності клітинних ферментних систем, піно- та екзоцитозу.
Вважається, що гематоенцефалічний бар'єр, створюючи значну перешкоду для проникнення речовин з крові в мозок, разом з тим добре пропускає ці речовини у зворотному напрямку з мозку в кров.
Проникність гематоенцефалічних бар'єрів для різних речовин сильно відрізняється. Жиророзчинні речовини, як правило, проникають через гематоенцефалічний бар'єр легше, ніж водорозчинні. Відносно легко проникають кисень, вуглекислий газ, нікотин, етиловий спирт, героїн, жиророзчинні антибіотики (хлорамфенікол та ін.).
Нерозчинні в ліпідах глюкоза та деякі незамінні амінокислоти не можуть проходити в мозок шляхом простої дифузії. Вони впізнаються та транспортуються спеціальними переносниками. Транспортна система настільки специфічна, що розрізняє стереоізомери D- і L-глюкози. D-глюкоза транспортується, а L-глюкоза – ні. Цей транспорт забезпечується вбудованими в мембрану білками-переносниками. Транспорт нечутливий до інсуліну, але пригнічується цитохолазином.
Аналогічно транспортуються великі нейтральні амінокислоти (наприклад, фенілаланін).
Є й активний транспорт. Наприклад, за рахунок активного транспорту проти градієнтів концентрації переносяться іони Na + К + амінокислота гліцин, що виконує функцію гальмівного медіатора.
Наведені матеріали характеризують способи проникнення біологічних речовин через біологічні бар'єри. Вони необхідні для розуміння гуморальних регу ляційв організмі.
Контрольні питання та завдання
Які основні умови збереження життєдіяльності організму?
Яка взаємодія організму із зовнішнім середовищем? Дайте визначення поняття адаптації до середовища існування.
Яке внутрішнє середовище організму та його складові?
Що таке гомеостаз та гомеостатичні константи?
Назвіть межі коливань жорстких та пластичних гомеостатичних констант. Дайте визначення поняття про їхні циркадні ритми.
Перелічіть найважливіші поняття теорії гомеостатичних регуляцій.
7 Дайте визначення роздратування та подразників. Як класифікуються подразники?
У чому різниця поняття "рецептор" з молекулярно-біологічної та морфофункціональної точки зору?
Дайте визначення поняття лігандів.
Що таке фізіологічні регуляції та замкнутий контур регулювання? Які його складові?
Назвіть види та роль зворотних зв'язків.
Дайте визначення поняття про настановну точку гомеостатичних регуляцій.
Які рівні регулюючих систем?
У чому полягають єдність та відмінні особливості нервових та гуморальних регуляцій в організмі?
Які види гуморальних регуляцій? Дайте їхню характеристику.
Яка будова та властивості клітинних мембран?
17 Які функції клітинних мембран?
У чому полягає дифузія та транспорт речовин через клітинні мембрани?
Дайте характеристику та наведіть приклади активного мембранного транспорту.
Дайте визначення поняття гістогематичних бар'єрів.
Що таке гематоенцефалічний бар'єр і яка його роль? t;
Регуляція функцій клітин, тканин та органів, взаємозв'язок з-поміж них, тобто. цілісність організму, і єдність організму та зовнішнього середовища здійснюється нервовою системою та гуморальним шляхом. Іншими словами, маємо два механізми регуляції функцій – нервова та гуморальна.
Нервова регуляція здійснюється нервовою системою, головним та спинним мозком через нерви, якими забезпечені всі органи нашого тіла. На організм постійно впливають ті чи інші подразнення. На всі ці роздратування організм відповідає певною діяльністю або як прийнято творити, відбувається пристосування функції організму до умов зовнішнього середовища, що постійно змінюються. Так, зниження температури повітря супроводжується як звуженням кровоносних судин, а й посиленням обміну речовин у клітинах і тканинах і, отже, підвищенням теплообразования. Завдяки цьому встановлюється певна рівновага між тепловіддачею теплоутворенням, не відбувається переохолодження організму, зберігається сталість температури тіла. Роздратування їжею смакових рецепторів смуг гарта викликає відділення слини та інших травних соків. під впливом яких відбувається травлення їжі. Завдяки цьому клітини і тканини надходять необхідні речовини, і встановлюється певна рівновага між дисиміляцією та асиміляцією. За таким принципом відбувається регуляція та інші функції організму.
Нервова регуляція має рефлекторний характер. Різні подразнення сприймаються рецепторами. Виникаюче збудження з рецепторів по чутливим нервам передається до центральної нервової системи, а звідти по рухових нервах - до органів, які здійснюють певну діяльність. Такі реакції організму на роздратування, здійснювані через центральну нервову систему. називають рефлексами.Шлях же, яким збудження передається при рефлексі, зветься рефлекторної дуги. Рефлекси мають різноманітний характер. І.П. Павлов розділив усі рефлекси на безумовні та умовні.Безумовні рефлекси - це вроджені рефлекси, що передаються у спадок. Прикладом таких рефлексів є судиннорухові рефлекси (звуження або розширення судин у відповідь на подразнення шкіри холодом або теплом), рефлекс слиновиділення (виділення слини при подразненні смакових сосочків їжею) та багато інших.
Умовні рефлекси - рефлекси набуті, вони виробляються протягом життя тварини чи людини. Ці рефлекси виникають
тільки за певних умов і можуть зникати. Прикладом умовних рефлексів є відділення слини побачивши жебраки, при відчутті запахів їжі, а в людини навіть при розмові про неї.
Гуморальна регуляція (Humor - рідина) здійснюється через кров та інші рідке і, що становлять внутрішнє середовище організму, різними хімічними речовинами, що виробляються в самому організмі або надходять із зовнішнього середовища. Прикладами таких речовин є гормони, що виділяються залозами внутрішньої секреції, та вітаміни, що надходять до організму з їжею. Хімічні речовини розносяться кров'ю але всьому організму і впливають різні функції, зокрема обмін речовин у клітинах і тканинах. При цьому кожна речовина впливає на певний процес, що відбувається і в тому чи іншому органі.
Нервовий та гуморальний механізми регуляції функцій взаємопов'язані. Так, нервова система надає регулюючий вплив на органи не тільки безпосередньо через нерви, а й через залози внутрішньої секреції, змінюючи інтенсивність утворення гормонів у цих органах та надходження їх у кров.
У свою чергу багато гормонів та інших речовин впливають на нервову систему.
У живому організмі нервова та гуморальна регуляція різних функцій здійснюється за принципом саморегуляції, тобто. автоматично. За цим принципом регуляції підтримується на певному рівні кров'яний тиск, сталість складу та фізико-хімічних властивостей крові, температура тіла. у строго узгодженому порядку змінюється обмін речовин, діяльність серця, дихальної та інших систем органів під час фізичної роботи тощо.
Завдяки цьому підтримуються певні порівняно постійні умови, у яких протікає діяльність клітин та тканин організму чи іншими словами, зберігається сталість внутрішнього середовища.
Слід зазначити, що з людини провідну роль регуляції життєдіяльності організму грає нервова система.
Таким чином, організм людини це єдина, цілісна, складно влаштована, біологічна система, що саморегулюється і саморозвивається, що володіє певними резервними можливостями. При цьому
знати, що здатність до виконання фізичної роботи може зростати багаторазово, але до певного болю. Тоді як розумова діяльність практично не має обмежень у своєму розвитку.
Систематична м'язова діяльність дозволяє шляхом удосконалення фізіологічних функцій мобілізувати резерви організму, про існування яких багато хто навіть не здогадується. Слід зазначити існування зворотного процесу падіння функціональних можливостей організму та прискорене старіння при зниженні фізичної активності.
У результаті фізичних вправ удосконалюється вища нервова діяльність, функції центральної нервової системи. нервово-м'язовий. серцево-судинної, дихальної, видільної та інших систем, обмін речовин та енергії, а також система їх нейрогуморального регулювання.
Людський організм, використовуючи властивості саморегулювання внутрішніх процесів під зовнішнім впливом, реалізує найважливішу властивість - адаптацію до зовнішніх умов, що змінюється, що є визначальним фактором у здатності розвитку фізичних якостей і рухових навичок у процесі тренувань.
Розглянемо докладніше характер фізіологічних змін у процесі тренувань.
Фізичне навантаження призводить до різноманітних змін обміну речовин, характер яких залежить від тривалості, потужності роботи та кількості м'язів, що беруть участь. При фізичному навантаженні переважають катаболічні процеси, мобілізація та використання енергетичних субстратів, відбувається накопичення проміжних продуктів обміну. Період відпочинку характеризується переважанням анаболічних процесів, накопиченням резерву поживних речовин, посиленим синтезом білків.
Швидкість відновлення залежить від величини що виникають під час роботи зміні, тобто від величини навантаження.
У період відпочинку ліквідуються зміни обміну речовин, що виникли під час м'язової діяльності. Якщо при фізичному навантаженні переважають катаболічні процеси, мобілізація та використання енергетичних субстратів, відбувається накопичення проміжних продуктів обміну, період відпочинку характеризуються переважанням анаболічних процесів, накопиченням резерву поживних речовин, посиленим синтезом білків.
Після робочий період зростає інтенсивність аеробного окислення, підвищено споживання кисню, тобто. ліквідується кисневий борг. Субстратом окислення є проміжні продукти обміну, що утворилися в процесі м'язової діяльності, молочна кислота, кетонові тіла, кетокислоти. Запаси вуглеводів при фізичній роботі, як правило, суттєво знижуються, тому основним субстратом окиснення стають жирні кислоти. Завдяки посиленому використанню ліпідів у відновлювальний період знижується дихальний коефіцієнт.
Відновлювальний період характеризується посиленим біосинтезом білків, що пригнічується під час фізичної роботи, збільшується також утворення та виведення з організму кінцевих продуктів білкового обміну (сечовина та ін.).
Швидкість відновлення залежить від величини що виникають під час роботи змін, тобто. від величини навантаження, що схематично представлено на рис. 1
Рис.1 Схема процесів витрачання та відновлення джерел
енергії при м'язовій діяльності ратної інтенсивності
Відновлення змін, що виникають під впливом навантажень малої та середньої інтенсивності, йде повільніше, ніж після навантажень підвищеної та граничної інтенсивності, що пояснюється глибшими змінами в період роботи. Після підвищених за інтенсивністю навантажень показник обміну, що спостерігається, речовин не тільки досягає вихідного рівня, але і перевищує його. Таке підвищення вище за вихідний рівень отримало назву надвідновлення (суперкомпенсації). Воно реєструється лише тоді, коли навантаження, перевищує за величиною певний рівень, тобто. тоді, коли зміни обміну, що виникають, впливають на генетичний апарат клітини. Виразність надвідновлення та її тривалість перебувають у прямій залежності від інтенсивності навантаження.
Явище надвоєеттія є важливим: механізмом пристосування (органу) до умов функціонування, що змінилися, і має важливе значення для розуміння біохімічних основ спортивного тренування. Слід зазначити, що як загальнобіологічна закономірність, поширюється як на накопичення енергетичного матеріалу, а й у синтез білків, що, зокрема, проявляється як робочої гіпертрофії скелетних м'язів, серцевої мышщи. Після інтенсивного навантаження посилюється синтез ряду ферментів (індукція ферментів) зростає концентрація креатинфосфату, міоглобіну, відбувається низка інших змін.
Встановлено, що активна м'язова діяльність викликає посилення діяльності серцево-судинної, дихальної та інших систем організму. За будь-якої діяльності людини всі органи та системи організму діють узгоджено, у тісній єдності. Цей взаємозв'язок здійснюється за допомогою нервової системи та гуморальної (рідинної) регуляції.
Нервова система здійснює регуляцію діяльності організму у вигляді біоелектричних імпульсів. Основними нервовими процесами є збудження та гальмування, що виникають у нервових клітинах. Порушення- діяльний стан нервових клітин, коли вони передають мул» спрямовують самі нервові імпульси іншим клітинам: нервовим, м'язовим, залізистим та іншим. Гальмування- стан нервових клітин, коли їх активність спрямована на відновлення. Сон, наприклад, є станом нервової системи, коли переважна кількість нервових клітин ЦНС загальмована.
Гуморальна регуляція проводиться через кров за допомогою особливих хімічних речовин (гормонів), що виділяються залозами внутрішньої секреції, співвідношенням концентрації СО2та О2 за допомогою інших механізмів. Наприклад, у передстартовому стані, коли очікується інтенсивне фізичне навантаження, залози внутрішньої секреції (надниркові залози) виділяють у кров спеціальний гормон-адреналін, який сприяє посиленню діяльності серцево-судинної системи.
Гуморальна та нервова регуляція здійснюються в єдності. Чільну роль відводиться ЦНС, головному мозку, що є центральним штабом управління життєдіяльністю організму.
Складна структура людського організмуна даний момент є вершиною еволюційних перетворень. Такій системі потрібні спеціальні методи координації. Гуморальне регулювання здійснюється за допомогою гормонів. А ось нервова є координацією діяльності за допомогою однойменної системи органів.
Що таке регулювання функцій організму
Тіло людини має дуже складну будову. Від клітин до систем органів він є взаємозалежною системою, для нормального функціонування якої має бути створений чіткий механізм регулювання. Він здійснюється двома шляхами. Перший спосіб є найшвидшим. Він називається нервовим регулюванням. Цей процес втілює у життя однойменна система. Існує помилкова думка, що гуморальна регуляція здійснюється за допомогою нервових імпульсів. Однак, це зовсім не так. Гуморальна регуляція здійснюється за допомогою гормонів, які надходять у рідинні середовища організму.
Особливості нервового регулювання
Ця система включає центральний та периферичний відділ. Якщо гуморальна регуляція функцій організму здійснюється за допомогою хімічних речовин, цей спосіб являє собою "транспортну магістраль", що зв'язує організм в єдине ціле. Відбувається цей процес досить швидко. Тільки уявіть, що ви доторкнулися рукою до гарячої праски або взимку босоніж вийшли на сніг. Реакція організму буде майже миттєвою. Це має найважливіше захисне значення, сприяє і адаптації, і виживання в різних умовах. Нервова система лежить в основі вроджених та набутих реацій організму. Першими є безумовні рефлекси. До них відносяться дихальний, смоктальний, миготливий. А з часом у людини формуються набуті реакції. Це безумовні рефлекси.
Особливості гуморального регулювання
Гуморальна здійснюється за допомогою спеціалізованих органів. Вони називаються залозами і об'єднуються в окрему системуяка називається ендокринною. Ці органи утворені особливим видом епітеліальної тканини та здатні до регенерації. Дія гормонів носить довгостроковий характер і продовжується протягом усього життя людини.
Що таке гормони
Залізами виділяються гормони. Завдяки особливій структурі ці речовини прискорюють чи нормалізують різні фізіологічні процеси в організмі. Наприклад, на основі головного мозку знаходиться заліза гіпофіз. Вона продукує внаслідок дії якого тіло людини збільшується у розмірах протягом понад двадцяти років.
Заліза: особливості будови та функціонування
Отже, гуморальна регуляція в організмі здійснюється за допомогою спеціальних органів – залоз. Вони забезпечують сталість внутрішнього середовища або гомеостаз. Їхня дія носить характер зворотного зв'язку. Наприклад, такий найважливіший для організму показник, як рівень цукру в крові, регулюється гормоном інсуліном у верхній межі та глюкагоном – у нижньому. Такий механізм дії ендокринної системи.
Заліза зовнішньої секреції
Гуморальне регулювання здійснюється за допомогою залоз. Однак залежно від особливостей будови ці органи об'єднують у три групи: зовнішньої (екзокринні), внутрішньої (ендокринні) та змішаної секреції. Прикладами першої групи є слинні, сальні та слізні. Вони характеризуються наявністю власних вивідних проток. Екзокринні залозивиділяють на поверхню шкіри або порожнини організму.
Заліза внутрішньої секреції
Залози внутрішньої секреції виділяють гормони у кров. Вони мають власних вивідних проток, тому гуморальна регуляція здійснюється з допомогою рідинних середовищ організму. Потрапляючи в кров або лімфу, вони розносяться по всьому організму, надходять до кожної клітини. А результатом цього є прискорення чи уповільнення різних процесів. Це може бути зростання, статевий та психологічний розвиток, обмін речовин, діяльність окремих органів та їх систем.
Гіпо- та гіперфункції ендокринних залоз
Діяльність кожної залози внутрішньої секреції має дві сторони медалі. Розглянемо це з конкретних прикладах. Якщо гіпофіз виділяється надмірна кількість гормону росту, розвивається гігантизм, а при нестачі цієї речовини спостерігається карликовість. І те, й інше є відхиленням від нормального розвитку.
Щитовидна залоза виділяє одразу кілька гормонів. Це тироксин, кальцитонін та трийодтиронін. При їх недостатній кількості у немовлят розвивається кретинізм, який проявляється у відставанні у розумовому розвитку. Якщо гіпофункція проявляється у зрілому віці, вона супроводжується набряком слизової оболонки та підшкірної клітковини, випадання волосся і сонливість. Якщо ж кількість гормонів цієї залози перевищує межу норми, у людини можливий розвиток базедової хвороби. Вона проявляється у підвищеній збудливості нервової системи, тремтіння кінцівок, безпричинної тривожності. Все це неминуче призводить до схуднення та втрати життєвих сил.
До залоз внутрішньої секреції також відносяться паращитовидні, вилочкові та надниркові залози. Останні залози в момент стресової ситуаціївиділяють гормон адреналін. Його наявність у крові забезпечує мобілізацію всіх життєвих сил та здатність до адаптації та виживання в нестандартних для організму умовах. Насамперед це виявляється у забезпеченні м'язової системинеобхідною кількістю енергії. Гормон зворотної дії, що також виділяється наднирниками, називається норадреналіном. Він також має найважливіше значення для організму, оскільки захищає його від надмірної збудливості, втрати сил, енергії, швидкого зношування. Це ще один приклад зворотного впливу ендокринної системи людини.
Залізи змішаної секреції
До них відносяться підшлункова та статеві залози. Принцип їхньої роботи є подвійним. відразу два види та глюкагон. Вони відповідно знижують і підвищують рівень глюкози в крові. У здоровому організмі людини це регулювання проходить непомітно. Однак за порушення цієї функції виникає серйозне захворювання, яке називається цукровим діабетом. Людям з таким діагнозом необхідне штучне запровадження інсуліну. Як заліза зовнішньої секреції підшлункова виділяє травний сік. Ця речовина виділяється в перший відділ тонкого кишечника. дванадцятипалу кишку. Під його впливом відбувається процес розщеплення складних біополімерів до простих. Саме в цьому відділі білки та ліпіди розпадаються на складові.
Статеві залози також виділяють різні гормони. Це чоловічий тестостерон та жіночий естроген. Дані речовини починають діяти ще в ході зародкового розвитку статеві гормони впливають на формування статі, а потім формують певні статеві ознаки. Як залози зовнішньої секреції вони утворюють гамети. Людина, як і всі ссавці, є роздільностатевим організмом. Його статева система має загальний план будови та представлена статевими залозами, їх протоками та безпосередньо клітинами. У жінок це парні яєчники з їхніми шляхами та яйцеклітини. У чоловіків статева система складається з сім'яників, що виводять каналів та клітин-сперматозоїдів. У цьому випадку дані залози виступають як залози зовнішньої секреції.
Нервова та гуморальна регуляції тісно взаємопов'язані. Вони працюють як єдиний механізм. Гуморальна є більш давньою за своїм походженням, має довгостроковий вплив і діє на весь організм, оскільки гормони розносяться кров'ю та надходять до кожної клітини. А нервова працює точково, у конкретний час та у певному місці за принципом "тут і зараз". Після зміни умов її дія припиняється.
Отже, гуморальне регулювання фізіологічних процесів здійснюється за допомогою ендокринної системи. Ці органи здатні виділяти у рідинні середовища особливі біологічно активні речовини, які називаються гормонами.
Loading...