ЗАГАЛЬНА ФІЗІОЛОГІЯ РЕГУЛЯЦІЯ ФУНКЦІЙ
ОРГАНІЗМ ЯК САМООРГАНИЗУЄТЬСЯ БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА
Поняття про гомеостаз
Термін внутрішнє середовище організму запропонований фран- цузским фізіологом Клодом Бернаром. Основою внут- ренней середовища є кров, тим часом роль непосредст- венно живильного середовища виконує тканинна рідина. Її склад і властивості специфічні для окремих органів відповідно до їх структурних та функціональних осо- сті. Визначаючи склад крові, лімфи, тканинної рідини, можна судити про обмінні процеси, проис- ходять в організмі. К.Бернар справедливо вважав по- стоянство внутрішнього середовища «умовою вільної жиз- ні». Ще в 1878 році він говорив, що вищі тварини як би «самі себе помістили в теплицю, створивши свою стабільність ву внутрішнє середовище і забезпечивши тим самим відому незалежність від зовнішнього середовища».
Ш.Реше зазначив, що внутрішнє середовище зберігає ста- більність завдяки наявності відомих коливань. Не- обхідних коливаннями внутрішнього середовища організм забезпечує можливість протистояти значним коливанням зовнішніх чинників, таких як барометріче- ське тиск, газовий склад і вологість повітря, тим-пература і т.д. Впливати на постійність внутрішнього середовища можуть також внутрішні чинники, наприклад, виді- лення в кров підвищену кількість кінцевих продук- тов обміну речовин при фізичному навантаженні.
ОРГАНІЗМ ЯК САМООРГАНИЗУЄТЬСЯ БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА
Сталість внутрішнього середовища характеризується сово- купностью фізіологічних констант, за якими ми судимо про функції тих чи інших органів в організмі. Всі фізіологічні константи або функціональні пара- метри можна розділити на дві групи: жорсткі і пла- стичної. До жорстких фізіологічним константам відно сятся pH, осмотичний тиск крові. Жорсткі констан- ти досить стабільні. pH крові коливається в межах 7,36-7,4. Відхилення на десяту частку величини може викликати летальний результат. Пластичні константи отлича- ються досить широким діапазоном коливань. Їх більшість в організмі. Прикладом можуть служити ки слотность шлункового соку, кількість формених еле- ментів крові, показники гемодинаміки, такі як часто-та серцевих скорочень, артеріальний тиск і дру- Гії.
Для визначення сталості внутрішнього середовища Уол- тер Кеннон в 1929 р ввів термін "гомеостаз". (Від грец. Homoius - подібний, stasis - стан). Наявність пла- стичної фізіологічних констант призвело до возникно- вению терміна "гомеокінез" - сталість руху, але цей термін в фізіології не прижився.
Під гомеостазом розуміють не лише узгоджені фізіологічні процеси, що підтримують фізіологічні константи, а й регуляторні механізми, обеспе- Чіва це стан. Живий організм являє собою відкриту систему, безперервно обмінюються матерією і енергією з навколишнім середовищем. Чим вдосконалення- шеннее в ньому фізіологічні механізми, обеспечи- вающие постійність внутрішнього середовища, тим більше неза- сім даний організм від зовнішніх впливів.
Новонароджені мають дуже нестабільні показники внутрішнього середовища (водно-сольового балансу, температу- ри.). В процесі життя гомеостатические механізми удосконалюються. До старості активність механізмів
ЗАГАЛЬНА ФІЗІОЛОГІЯ РЕГУЛЯЦІЯ ФУНКЦІЙ
підтримки гомеостазу виснажується, стійкість до функціональних зрушень і патогенних факторів сніжа- ється. Захворювання протікають важче, процеси восста- лення здійснюються менш повно і повільно.
Системна організація функцій
І. П. Павлов підкреслював переваги вивчення процессов життєдіяльності на цілісному організмі. У 1932 році в статті «Відповідь фізіолога психологам» він пі сал: «Людина - є, звичайно, система. єдина по найвищому саморегулювання, сама себе підтримай- вающая і відновлює ». Найближчим учнем і послідовником наукового напрямку І. П. Павлова був П.К.Анохин, він займався співвідношенням центральних і периферичних факторів в діяльності цілісного ор- ганизма. П.К Анохіним створена концепція функціональних них систем. Функціональна система являє собою замкнуту динамічну організацію центральних і периферичних механізмів, спрямовану на достиже- ня пристосувального для організму результату.
Системою можна назвати тільки такий комплекс ізбі- рательно залучених компонентів, у яких взаємодію і взаємовідносини приймають характер взаімосодействія для отримання сфокусованого корисного результату. При цьому кінцевий корисний приспособи- вальний результат є системоутворюючим факто- ром. Ще в 1935 році, за 12 років до появи основних робіт з кібернетики, П.К.Анохин сформулював перед дання про «зворотної аферентації» - сигналізації, яка безперервно надходить від периферичних орга- нов в ЦНС про стан результату дії системи.
Функціональна система може будуватися на ви- тельном єднанні декількох фізіологічних систем
ОРГАНІЗМ ЯК САМООРГАНИЗУЄТЬСЯ БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА
щих ту чи іншу функцію). Функціональна система ви- соко динамічна. Динамічність її проявляється в тому, що в процесі досягнення корисного пристосувального результату вихід з ладу одного з елементів системи компенсується посиленням активності інших. Наприклад, певна напруга кисню в крові можна під- тримати за рахунок збільшення кисневої ємності крові, збільшення легеневої вентиляції або швидкості кровотоку. Крім того, в залежності від мінливих умов і по- потреб організму, формуються одні функціональних ні системи для: отримання позитивного приспособи- ного результату і ліквідуються інші. Наприклад, функціональна система травлення на тлі фізич- ської навантаження пригнічується, в той час як функціональна ні системи дихання, кровообігу, обміну речовин активуються.
Таким чином, будь-які відхилення від життєво важливою них результатів за рахунок зміни регуляторних впливів і внаслідок вибіркового збудження різних від- делов ЦНС призводять до вибіркового включення визна -лених органів і процесів, сукупна діяльність яких забезпечує досягнення оптимального для все- го організму результату. Основоположник кібернетики Н. Вінер під час відвідування лабораторії П.К.Анохіна в 1960 році високо оцінив роботи співробітників лабораторії по фізіологічної кібернетики. Кібернетика - нау- ка про загальні закономірності регулювання незалежно від того, чи відбуваються вони в живій або неживій природі.
Вузлові механізми функціональних систем
1. Корисний пристосувальний результат (ведуча ланка функціональної системи).
2. Рецептор результату (в кібернетичних представле- ниях - це вимірювальний пристрій).
ЗАГАЛЬНА ФІЗІОЛОГІЯ. РЕГУЛЯЦІЯ ФУНКЦІЙ
3. Зворотній афферентация - інформація, що йде від рецептора в центр (в кібернетиці - це канал зворотного зв'язку).
4. Центральна архітектура - нервові центри, (в ки- бернетіке - це керуючий пристрій).
5. Виконавчі компоненти (в кібернетиці - це об'єкт управління).
З точки зору функціональних систем можна гово- рить про 4-х варіантах пристосувальних результатів:
1. Показники внутрішнього середовища організму, які визначають метаболізм тканин (pH, рС 02, р 0 2, артері- ально тиск і т.д.).
2. Результати поведінкової діяльності, які задовольняють основні потреби організму (їжі- ші, статеві).
3. Результати стадийной діяльності тварин, що задовольняють потреби спільнот.
Сістгмогенез як принцип становлення і розвитку функціональної системи
Багато уваги в своїх наукових дослідженнях П.К.Анохин приділяв проблемам фило- і онтогенезу. Прин- цип розвитку функцій в онтогенезі напівпар названйе системогенеза і докладно описаний в статті П.К.Анохіна «Сістемогенез як загальна закономірність еволюційного процесу», а також в інших його працях. На відміну від тер- міна «морфогенез», що відображає розвиток органів в он-тогенезе, «сістемогенез» визначає виборче розвиток в ембріогенезі різних за функцією і локаліза- ції структу рних утворень, які, об'єднуючись, про- роззують необхідну для новонародженого функциональ - ву систему. Ця функціональна система забезпечує
ОРГАНІЗМ ЯК САМООРГАНИЗУЄТЬСЯ БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА
після народження пристосування до нових для нього умо- виям середовища.
Могутнім засобом еволюції, завдяки якому ус- новлюють гармонійне співвідношення між усіма численними і різними за складністю -Ком по- нентами функціональних систем новонародженого, є- ється гетерохронія. Гетерохрония - різні темпи роз- витку структурних утворень зародка і різний час дозрівання функціональних систем протягом антенотального (внутрішньоутробного) і постнотального (після народження) періодів. У новонародженого заздалегідь созрева- ють функціональні системи дихання, харчування, некото- риє інші. Гетерохронность в ембріогенезі служить ос новной задачі еволюції - наділення новонародженого повноцінними і життєво важливими функціональними системами. Однією з основних закономірностей життя організму є безперервний розвиток, поетапне включення і зміна його функціональних систем, обеспе- чивающих адекватнепристосування на різних ця- пах його постнатадьного періоду.
Співвідношення між ду гомеостатическими і адаптивними механізмами саморегуляції
Серед безлічі проблем, що хвилюють вчених, особливе місце займає проблема адаптації живих істот до ус- ловіям середовища проживання. Починаючи з моменту народження, організм раптово потрапляє в абсолютно нові для себе умови і змушений пристосувати до них діяльність всіх органів і систем. Як тільки навколишнє середовище ме вується, організм відповідно змушений міняти недо- торие функціональні константи. Тобто, відбувається перебудова гомеостазу, адекватна конкретних умов середовища, що і є основою адаптації. Організм чоло століття володіє адаптивними і гомеостатическими меха-
ЗАГАЛЬНА ФІЗІОЛОГІЯ. РЕГУЛЯЦІЯ ФУНКЦІЙ
механізмів саморегуляції. Адаптивна саморегуляція ф і - фізіологічних процесів характеризується сукупністю зрушень, що розвиваються під впливом зовнішніх і внут- ренних подразнень, що викликає перехід організму на більш високий рівень активності. Гомеостатичні ме ханізм прагнуть стабілізувати цей новий рівень, утримати на ньому активність сформувалися систем і не допускати відхилень регульованих параметрів від значень нової адаптивної установки.
Надмірна тривалість, частота і сила адаптивних сигналів можуть викликати перенапруження компенсаторних процесів. При цьому виникає порушення всієї системи гомеостатической регуляції і зрив процесів адаптації.
ОРГАНІЗМ ЯК САМООРГАНИЗУЄТЬСЯ БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА
еволюційно склалося, спадково закріплених ве, адаптивне властивість організму до звичайних умов навколишнього середовища. Однак, ці умови схильні до короткочасним, а іноді і довготривалим ізменені- ям. При короткочасної фізичному навантаженні, до примі ру, явища адаптації характеризуються почастішанням сер- дечний діяльності і збільшенням частоти дихання. Тривале фізичне навантаження веде не тільки до зрушення функціональних параметрів, а й до структурних вимірюв- неніям. Може виникати робоча гіпертрофія міокарда.
При пошкодженні будь-яких органів включаються ме ханізм компенсації за участю інших систем организ- ма. Наприклад, при нирковій недостатності відбувається посилення видільної функції потових залоз. В ме дицинская практиці під адаптацією мають на увазі саме ту систему пристосування, яка створюється в незвичайних умовах існування організму. Хутра- нізми гомеостазу та адаптації здійснюються в МЕЖАХ лах саморегуляторні принципів біологічних систем.
ЗАГАЛЬНА ФІЗІОЛОГІЯ. РЕГУЛЯЦІЯ ФУНКЦІЙ
Загальні принципи регуляції ЖИВИЙ СИСТЕМИ
Функціональні системи різняться за рівнем з- мінливості, тобто, можливості змінювати свою структур- ву основу і пластично використовувати різні відділи ЦНС. Наприклад, функціональна система дихання з- ставлена з вроджених і стабільних як центральних, так і периферичних компонентів. Функціональна сис- тема руху відрізняється їх різноманіттям. Однак, все функціональні системи організму мають ряд за- гальних ознак:
1. Функціональна система є центрально- периферичних освітою. Вона підтримує своє існування завдяки взаємодії центральних і периферичних компонентів.
2. Існування будь-якої функціональної системи не- пременно пов'язано з отриманням будь-якого приспособи- ного результату.
3 В функціональній системі мають місце рецептор- ні апарати, що оцінюють результати її дії.
4. Кожен пристосувальний результат формує потік зворотних афферентаций.
Загальні принципи регуляції ЖИВИЙ СИСТЕМИ
Саморегуляторні механізми функцій в межах живої системи
Регулювання щодо відхилення
У наведеній схемі саморегуляції чітко вирісови- ється взаємодія наступних компонентів: а) регу- ліруемий параметр (4), б) стежить апарат, воспріні- мающіхся відхилення цього параметра від звичайної величи- ни (1), в) регуляторний апарат, здатний впливати на ор гани, on діяльності яких залежить даний параметр
(2). г1 об'єкт регуляторних впливів - органи, зміна