Часть 1. Основные анатомические и физиологические понятия

Лекция к пятнице.

Основные анатомические и физиологические понятия

Физиология (от греч. physis – природа, logos – наука) – наука о механизмах функционирования и регуляции организма в целом и отдельных его составляющих (органах, тканях и т.д.), взаимодействии с окружающей средой, организации жизненных процессов на различных структурно-функциональных уровнях. Таким образом, анатомия изучает, как устроен организм, а физиология – как он работает.

Задача физиологии – это не только установление факта, показывающего, что происходит с той или иной функцией во время жизнедеятельности, но и выяснение того, с помощью каких механизмов реализуется функция, с какой целью она обеспечивается в той или иной системе, органе, ткани. При этом уровни изучения физиологических процессов могут быть разные: организменный, системный, органный, тканевой, клеточный, субклеточный. Физиология изучает роль различных веществ в деятельности организма, способы регуляции отдельных функций, взаимосвязи клеток в процессе объединения их в органы и ткани, изменения в организме при приспособлении к неблагоприятным условиям окружающей среды.

Методы физиологии включают в себя наблюдения за жизнедеятельностью организма, регистрацию изучаемых явлений, проведение острых и хронических экспериментов. В эксперименте производится искусственное вмешательство в те или иные процессы в организме, чтобы выяснить их значение и взаимосвязи отдельных органов и систем. Система в физиологии (функциональная система) подразумевает совокупность органов или тканей, связанных общей функцией. Например, сердечно-сосудистая система с помощью сердца и сосудов обеспечивает доставку тканям питательных, регуляторных, защитных веществ и кислорода, а также удаление продуктов обмена и теплообмена.

Важной способностью человека и высших животных является сохранение постоянства химического состава и физико-химических свойств внутренней среды организма, так называемый гомеостазис, который обеспечивается за счет особых физиологических механизмов, поддерживающих биологические показатели организма на определенном оптимальном уровне. Термин «гомеостазис» (греч. homoios – подобный, statis – стояние) предложил У. Кэннон.

А история открытия гомеостаза, была такова в 1857 год - французский физиолог Клод Бернар говорит о том, что постоянство внутренней среды обеспечивает оптимальные условия для жизни и размножения организмов. «Постоянство внутренней среды организма является обязательным условием свободной жизни». Изучал: его поражала способность организма поддерживать постоянную температуру тела или содержание воды в нем. Про терморегуляцию животных: слоны, зайцы и человека. В 1932 год Уолтер Кэннон ввел термин - гомеостаз для определения механизмов, поддерживающих постоянство внутренней среды. Он считал, что независимость индивидуума от непрерывных изменений внешних условий обеспечивается гомеостатическими механизмами. Независимость от условий среды показатель жизненного успеха. За гомеостатическую регуляцию несет ответственность:

1. Вегетативная НС

2. Кишечные отделы переферической НС

3. Центральная НС, отдающая приказы через гипофиз и др. эндокринные органы.

т.е. работают вместе 2 системы эндокринная и нервная система.

Внутренняя среда организма – совокупность жидкостей (кровь, лимфа, тканевая жидкость), принимающих участие в процессах обмена веществ и поддержании гомеостазиса в организме. К. Бернар ввел термин «внутренняя среда организма» и утверждал, что постоянство внутренней среды есть условие независимого существования. Постоянство внутренней среды поддерживается за счет саморегуляции физиологических функций, которая обеспечивается нервногуморальными физиологическими механизмами, регулирующими деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, желудочно-кишечного тракта, почек и потовых желез, которые производят удаление из организма продуктов обмена веществ. К наиболее совершенным гомеостатическим механизмам у высших животных и человека относятся процессы терморегуляции. Они настолько совершенны, что колебания температуры в так называемом «ядре тела» не превышают нескольких десятых долей градуса при самых резких колебаниях температуры внешней среды. В поддержании нормальной температуры тела участвует большое число сложных процессов регуляции. Благодаря совокупной деятельности множества систем, организм поддерживает относительное динамическое постоянство, несмотря на изменения в окружающей среде и сдвиги, возникающие в процессе жизнедеятельности.

Особое значение для организма имеет постоянство состава крови: рН, осмотического давления, содержания глюкозы, соотношения электролитов (натрия, калия, кальция, хлора, магния, фосфатов) – так называемые гомеостатические константы: жесткие

константы (например, осмотическое давление крови), которые допускают лишь незначительные отклонения от своего уровня, и пластичные константы (например, уровень кровяного давления или питательных веществ в крови), которые варьируют в довольно большом диапазоне и в течение длительного времени. Любое раздражение, особенно стресс, ведет к возникновению сложного комплекса реакций, основная цель которых – приспособить организм к изменившимся условиям. Приспособления осуществляются посредством компенсаторных механизмов, которые представляют собой адаптивные реакции, направленные на устранение или ослабление функциональных сдвигов в организме, возникающих вследствие изменений внешней среды. Живые организмы способны поддерживать свою жизнедеятельность при значительных изменениях внешней среды и в условиях достаточно сильных воздействий внешних факторов. Этому способствует такое качество биологических систем как надежность, что обозначает свойство клеток, органов, систем организма выполнять свои функции, способность к безотказной работе в условиях меняющейся среды. Свойство надежности обеспечивается рядом принципов:

1) принцип избыточности (элементов, клеток, каналов передачи информации и т.д.);

2) принцип резервирования функций, обусловленный наличием в системе элементов, способных переходить из состояния покоя в состояние деятельности;

3) принцип периодичности функционирования;

4) принцип взаимозаменяемости и замещения функций;

5) принцип дублирования;

6) принцип усиления (например, цепной эффект усиления действия гормонов, простагландинов, активности перекисного окисления липидов).

Важным компонентом адаптивной реакции организма является «стресс-синдром» – сумма неспецифических реакций, создающих условия для активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, увеличения поступления в кровь и ткани адаптивных гормонов кортикостероидов и катехоламинов, которые активируют деятельность систем гомеостазиса. Адаптивная роль этих неспецифических реакций заключается в их способности повышать резистентность организма (сопротивляемость, устойчивость) к различным факторам среды.

1.2. Принципы регуляции физиологических систем

Функции биологических систем – это их деятельность, направленная на сохранение целостности и поддержание свойств этих систем. Изменение параметров (свойств) биологических систем могут происходить только в границах гомеостазиса, а за его границами происходит нарушение или даже гибель биологических систем. Всякое отклонение гомеостатического параметра от нормы немедленно воспринимается рецепторами и посредством нервной и (или) гуморальной связи избирательно воздействует на определенные регуляторные механизмы, с помощью которых происходит возвращение данного параметра к норме. В границах гомеостазиса изменение параметров функций происходит благодаря саморегуляции, т.е. внутренних механизмов управления жизнедеятельностью. Например, уменьшение кровоснабжения ткани ведет к повышенному образованию в ней химических веществ, которые расширяют артерии и увеличивают приток крови. Это так называемые местные механизмы саморегуляции. Но для деятельности организма в целом необходимы механизмы регуляции, соподчиняющие и координирующие деятельность различных систем. Например, для того чтобы тело переместилось в пространстве, необходимо изменение деятельности не только скелетных мышц, но и кровоснабжения, обмена веществ и т.д.

Механизмы регуляции жизнедеятельности организма делятся на нервные, гуморальные и нервно-гуморальные. Нервные механизмы используют для передачи и переработки информации структуры нервной системы (нейроны, нервные волокна) и электрические потенциалы, гуморальные – молекулы химических веществ, распространяющихся во внутренней среде организма. Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов (до 80 – 100 м/с), без затухания и потери энергии. Гуморальная регуляция – это способ передачи информации к эффекторам через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделяющихся клетками или специализированными тканями. Вместе они составляют единую нейрогуморальную систему регуляции физиологических функций. Нервная система действует очень быстро, эффект (ответ) локализован. В основе ее деятельности лежит химическая и электрическая передача. Ответ наступает быстро, ответ кратковременный. Эндокринная система действует более медленно, ее эффекты носят диффузный характер. В основе ее деятельности лежит химическая передача сигнала через систему кровообращения. Передача медленная, ответ наступает медленно (например, рост), ответ продолжителен, ответ обычно генерализованный. Считают, что обе системы развивались параллельно.

Главную роль в координации деятельности различных систем организма человека играет нервная система. Ее функции заключаются в быстрой и точной передаче информации, обеспечении взаимосвязи между органами и системами органов (безусловные рефлексы), приспособлении организма к внешней среде (условные рефлексы), осуществлении психических функций (сознание, мышление, речь). Структурно-функциональной единицей нервной системы является нейрон. Нервная система состоит из головного и спинного мозга, периферическая – из нервных волокон и ганглиев (узлов). Сигналы от периферии к мозгу передаются по афферентным (центростремительным) нервным волокнам, от мозга к исполнительным органам – по эфферентным (центробежным). Работа нервной системы осуществляется по рефлекторному принципу. Рефлекс – это ответная реакция организма, вызванная действием внешних или внутренних факторов и осуществляемая с обязательным участием нервной системы. Путь, по которому возбуждение распространяется от рецептора до рабочего органа (эффектора), называется рефлекторной дугой. В состав рефлекторной дуги входят: рецептор, чувствительный нерв, нервный центр, двигательный нерв, исполнительный (рабочий) орган.

Нервный центр – это совокупность вставочных нейронов центральной нервной системы (ЦНС), координированная деятельность которых обеспечивает регуляцию определенных функций организма (переключение возбуждения с чувствительных нейронов на двигательные). Целостность всех составляющих элементов – необходимое условие функционирования рефлекторной дуги. Для рефлекторной реакции, кроме процесса возбуждения, огромное значение имеет торможение. Организм является самоорганизующейся системой. Он сам выбирает и поддерживает значения многочисленных параметров и меняет их в зависимости от потребностей.

Основа физиологической регуляции – это передача и переработка информации. При этом под информацией надо понимать все то, что несет в себе отражение фактов или событий, характеристику определенных параметров. Материальным носителем информации является сигнал – физический или химический.

Переработка информации осуществляется с помощью системы управления или системы регуляции. Она состоит из:

1) управляющего устройства (центральная нервная система);

2) входных или выходных каналов связи (нервы, жидкости внутренней среды с информационными молекулами);

3) датчиков восприятия информации на входе системы (сенсорные рецепторы);

4) эффекторов (рабочий орган), т.е. образований на исполнительных органах и клетках (клеточные рецепторы).

Часть управляющего устройства, где хранится информация, составляет аппарат памяти.

Всю систему регуляции физиологических функций можно разделить на три уровня:

Первый, или низший, уровень, состоящий из относительно автономных локальных систем, поддерживающих физиологические константы. Это так называемая «местная саморегуляция».

Второй уровень, на котором осуществляются приспособительные реакции в связи с изменениями внутренней среды. На этом уровне подбирается оптимальный режим работы физиологических систем для адаптации организма к внешней среде. Например, выполнение физической работы требует повышения снабжения мышц кислородом, которое осуществляется за счет увеличения внешнего дыхания, поступления в кровь депонируемых эритроцитов и повышения артериального давления.

Третий, или высший, уровень обеспечивает настройку режимов работы 1 и 2 уровней для оптимизации их деятельности. На всех трех уровнях системы регуляции возможны два типа регуляции – «по возмущению» и «по отклонению».

Регуляция «по возмущению» (саморегуляция по входу) возможна только для открытых систем, имеющих связи с внешней средой. Например, физическая нагрузка представляет собой возмущающее воздействие по отношению к функции дыхания, так как при физической нагрузке возрастает потребность мышц в кислороде.

Регуляция «по отклонению» (саморегуляция по выходу) осуществляет сравнение параметров системы с тем, что необходимо в конкретных условиях и включение исполнительных устройств для устранения рассогласования имеющихся и необходимых параметров. Регуляция по отклонению требует наличия обратной связи влияния результата конкретного действия на конечный результат.

Данный тип регуляции работает в двух режимах:

1) компенсаторный режим, обеспечивающий быструю корректировку рассогласования реального и оптимального состояния физиологических систем;

2) режим слежения, при котором регуляция осуществляется по заранее заданным программам, а обратная связь контролирует соответствие параметров деятельности физиологической системы и заданной программы.

Положительная обратная связь означает, что выходной сигнал системы регуляции превосходит входной, а отрицательная обратная связь – наоборот. Последняя способствует поддержанию гомеостазиса.

Таким образом, живой организм представляет собой сложный механизм, состоящий из различных функциональных систем, имеющих общие точки соприкосновения и определенную иерархию. Однако в каждом конкретном случае одна из систем берет на себя роль главной или доминирующей, которая и определяет деятельность организма на данный момент и подчиняет себе работу других функциональных систем.