Функции нервной системы человека регуляторная

Нервная система регулирует деятельность всех органов и систем человека, обусловливая их функциональное единство, и обеспечивает связь организма как единого целого с окружающей средой.

Структурной единицей нервной системы является нейрон - нервная клетка с ее отростками. Вся нервной системы представляет собой совокупность нейронов, которые, контактируя друг с другом при помощи специальных соединений - синапсов, образуют нейронные цепи. Последние функционируют по принципу отражения, т.е. рефлекторно. Рефлексом называется ответная реакция организма на раздражение из окружающей или внутренней среды, осуществляющаяся при участии центральной нервной системы.

В нервной системе выделяют центральную нервную систему - головной и спинной мозг - и периферическую нервную систему - отходящие от головного и спинного мозга черепно-мозговые и спинномозговые нервы и нервные узлы. Путь, по которому проходит нервный импульс от воспринимающего нервного образования (рецептора) через центральную нервную систему до окончания в действующем органе (эффекторе), называется рефлекторной дугой.

Единая нервная система условно подразделяется на два больших отдела - соматическую нервную систему и вегетативную нервную систему. Соматическая нервная система преимущественно осуществляет связь организма с окружающей средой, обусловливая чувствительность (с помощью чувствительных нервных окончаний и органов чувств) и движения тела, управляя скелетной мускулатурой.

Вегетативная нервная система названа так потому, что она оказывает влияние на "внутреннее хозяйство" организма: обмен веществ, кровообращение, выделение, размножение, т.е. на процессы так называемой растительной жизни ("вегетатио" - растительность). В отличие от соматической вегетативная нервная система обладает определенной самостоятельностью и не зависит от нашей воли, поэтому ее называют также автономной нервной системой. Вегетативная (автономная) нервная система делится на две части: симпатическую и парасимпатическую.

Нервная система, волокна которой проникают во все органы и ткани и связывают их в единое целое, обеспечивает единство (интеграцию) организма.

Под надежностью понимают свойство выполнять заданные функции в течение определенного времени при заданных условиях работы. Надежность представляет собой совокупность трех свойств: безотказности, восстанавливаемости и долговечности. Фундаментальным понятием теории надежности является понятие отказа.

Под отказом понимается случайное событие, состоящее в том, что система (элемент) полностью или частично теряют свою работоспособность, в результате чего заданные системе (элемента) функции не выполняются.

Оценка надежности системы "человек - машина" может проводиться различными методами: аналитическим, экспериментальным, имитационным. На этапах проектирования преобладают расчетные методы, которые основаны на статистических данных о надежности и скорость выполнения заданных функций человеком, о надежности технических средств, воздействии различных факторов внешнего среды на надежность техники, взаимном влиянии человека и техники и т.д..

Широкое и разнообразное применение техники предъявляет все более высокие требования к ее соответствия человеческим возможностям. Современные человеко-машинные системы следует рассматривать как сложные автоматизированные системы, в которые наряду с контурами чисто автоматического регулирования, состоящие только из технических звеньев, включены и функционируют контуры, замыкаются через человеческую звено. В настоящее время при создании и эксплуатации подобных систем значительно возрастает роль человеческого фактора, который может быть учтен следующими основными положениями безопасности:

1. Принцип минимального рабочего усилия. Человек должен выполнять только ту работу, которая необходима, но не может быть выполнена системой. Не должно быть повторений уже сделанной работы.

2. Принцип максимального взаимопонимания. Система должна обеспечить полную поддержку человеку, а именно: человек не должен заниматься поиском информации, выдаваемая информация не должна требовать интерпретации и перекодирования (это значительно загружает оперативную память пользователя).

3. Принцип минимального объема оперативной памяти пользователя. От человека требуется, чтобы она запоминала меньше, так как скорость переработки информации человеком и его пропускная способность существенно ограничены. На них влияет множество факторов, начиная от качества средства взаимодействия человека с техническими средствами и всей информационной модели и кончая уровнем напряженности деятельности и общим психофизическим состоянием человека.

4. Принцип минимального расстройства человека. Расстройство пользователя (имеются в виду производственные, а не другие, например психологические, причины) может возникнуть из-за какое-то препятствие в решении поставленной задачи, из-за появления и обнаружения ошибок. Причиной могут быть изменение методики руководства, изменение программы, отвлечение от работы, изменение приоритета выполняемых функций или задач, аварийные ситуации и др.

5. Принцип преимущественных возможностей. Состоит в передаче человеку тех функций, которые она выполняет лучше машину, а машине - тех, которые она выполняет лучше человека. Этот принцип в современных условиях рекомендует параллельную работу автомата, обеспечивает управление со всей возможной для него точностью, и человека, который наблюдает за развитием ситуации, работой автомата и корректирует, а при необходимости перестраивает его, проявляя при этом свои творческие возможности, направленные на повышение качества управления и безопасности окружающей среды.

6. Принцип оптимальной загрузки. Рекомендует такое распределение функций, при котором человек по темпу поступления данных не испытывала ни сенсорного голода (потеря активности), ни сенсорной перегрузки (пропуск сигналов).

7. Принцип гуманизации труда. Человек привлекается для выполнения творческих действий с освобождением от выполнения механических, стереотипных, тяжелых, опасных видов труда.

Система "человек - машина" в своем развитии проходит три стадии: проектирование, изготовление и эксплуатацию. Правильный и обоснованный учет человеческого фактора на каждой из этих стадий способствует достижению максимальной эффективности и безопасности.

К психофизическим аспектам надежности относится выполнение оператором своих функций, надежность которых специалисты подразделяют на три вида:

1. психологическая надёжность – надёжность по отношению к неустойчивым ошибкам, связанным с неправильным или несвоевременным выполнением отдельных действий;

2. физиологическая надёжность – надёжность по отношению к временным устойчивым ошибкам ввиду дефицита времени или вследствие развития усталости, травмы, стресса;

3. демографическая надёжность – надёжность по отношению к окончательным ошибкам за счет старения, травм и инвалидности, смерти.

Некоторые учёные надёжность оператора рассматривают вместе с индивидуальными характеристиками оператора в свете учения о типах высшей нервной деятельности. Из рабочих характеристик выделяются те, в основе которых лежат врождённые свойства нервной системы оператора: долговременная выносливость, выносливость к экстренному напряжению, помехоустойчивость, переключаемость и др.

Некоторые учёные отмечают большое влияние волевых качеств личности оператора на показатели надёжности.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Организм людей – это уникальная по своему развитию и контролю система, в которой каждой клетке отведено свое место и роль. В процессе эволюции она непрерывно усложнялась, чтобы добиться преимуществ над остальными представителями природы. Так, гуморальная регуляция – с помощью жидких сред, уже не справлялась со своими обязанностями. Возникла нервная регуляция – с множеством промежуточных нейронов и отдаленных центров контроля. Однако, обе они тесно взаимодействуют для достижения жизненных целей – обеспечения постоянства и безопасности внутренней среды.

Особенности гуморальной регуляции

Механизм гуморальной регуляции функций организма осуществляется с помощью специфических химических соединений – биологических веществ. Они поступают в жидкие среды – кровь, а также лимфу, затем перемещаются к тканям и внутренним структурам. Ведущая роль при этом, безусловно, принадлежит гормонам.

Их вырабатывают особые структурные единицы – железы внутренней секреции. Как правило, они локализуют вдали от контролируемого органа. При этом благодаря гуморальной регуляции осуществляется воздействие сразу на несколько зон организма. К примеру, половое созревание, пищеварение, рост.

Тем не менее, возможности гуморальной регуляции в организме человека ограничены. Ведь она воздействует сравнительно медленно – требуется выработка химических соединений, их поступление в русло крови и достижение подконтрольной области. Действие гормона продолжительное, оно не прекращается даже при значительном снижении его концентрации. В этом основная особенность эндокринной регуляции, что актуально для сохранения постоянства внутренней среды.

В чем же суть гуморальной регуляции, можно понять на примере роста человека. По мере развития плода и формирования внутренних желез секреции, начинается выработка биологических веществ для правильного телосложения. Если гормонов в крови много – вырастет гигант, тогда как при их низкой концентрации – карлик. Приемлемый рост обеспечивается тщательно выверенным самой природой соотношением количества гормона.

То же самое можно отнести к каждой функциональной деятельности – для пищеварения это инсулин, для движения и скорости реакции – адреналин и норадреналин, для репродуктивной деятельности – половые гормоны. Все, даже самые мелкие и, на первый взгляд, незначительные изменения в организме людей, находятся под строгим гуморальным контролем.

Особенности нервной регуляции

В процессе эволюции нервная регуляция сформировалась позже – к этому были необходимы предпосылки. Так, по мнению специалистов, живым единицам уже стало не хватать только гуморальных связей между клетками. Ведь требовалось быстрее передавать получаемую информацию и реагировать на внешние и внутренние угрозы.

У людей все этапы нервной регуляции осуществляются с помощью центральных структур – головного мозга с подкорковыми ядрами, а также периферических образований – нервных сплетений. К примеру, человек опаздывает на работу и видит приближение подходящей ему электрички. Его мозг просчитывает, какое время необходимо для достижения платформы и отдает команды дыхательной, сердечнососудистой системе, а также мышцам конечностей. В итоге опаздывающий человек успевает добежать и впрыгнуть в вагон электрички.

Только нервной регуляцией, конечно, не обойтись. Она отличается нейрогуморальной направленностью. Ведь, требуется и выработка гормонов, и их влияние на функциональные возможности людей.

Взаимодействие систем

Все разнообразие механизмов регуляции функциональной активности человеческого организма специалисты традиционно классифицируют на нервные, а также гуморальные процессы. Тогда как они практически неотделимы и составляют единую систему. Ее задача – обеспечение постоянства внутренней среды организма. Благодаря этому люди приспосабливаются к изменениям извне, и вид получает возможность сохраняться в природе.

И нервный, и гуморальный механизм имеют разнообразные связи на всех уровнях функционирования мозговых центров, а также при передаче сигнальной информации к контролируемым структурам. Так, регуляция функций в организме осуществляется в большинстве случаев с помощью рефлекторной дуги, в которой взаимосвязь между сигнальными молекулами осуществляется посредством гуморальных факторов. В таком качестве выступают нейромедиаторы – особые химические соединения. Именно они корректируют восприимчивость рецепторов и их функциональные возможности.

Однако, гуморальная регуляция организма находится под контролем головного мозга. Он может запускать или замедлять выделение гормонов. Как правило, эти процессы между кровью и мозгом осуществляются на бессознательном уровне. Особенно в дыхательной, пищеварительной, сердечнососудистой системах. В ряде ситуаций требуется сознательный контроль – к примеру, быстро добежать на работу, чтобы не опоздать. Именно в том, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, и заключается их единство и эффективность.

Различия

Несмотря на явную взаимосвязь механизмов нервной, а также гуморальной регуляции, на уровне биологической и морфофункциональной единицы они имеют различия. В большинстве своем их разделяют по свойствам:

• нервная регуляция в отличие, от гуморальной, целенаправленная – импульс перемещается в строго предназначенную зону;
• гуморальный сигнал – с током крови распространяется по всему организму, а реакция тканей зависит от присутствия молекулярных рецепторов;
• скорость сигналов выше по нервному волокну, а не в жидких средах организма;
• время сохранения сигнала в нервной системе короткое, поэтому и реакция контролируемого органа быстрая, тогда как концентрация гормонов сохраняется продолжительный период;
• изученность нервной регуляции лучше, поскольку она поддается регистрации инструментальными аппаратами, а исследование гуморальных функций затрудненно обширностью подчиненных тканей.

Результатом, как отличий, так и сходства гуморальных и нервных механизмов контроля деятельности внутренних органов является целостность человека, как биологической единицы. Преимущества одной системы компенсируют возможные недочеты другой, однако, ведущая роль принадлежит, все же высшей нервной регуляции.

Гуморальные железы

Внутренние органы, которые выделяют гормональные вещества, локализуются у людей в разных частях тела. Благодаря этому они прицельнее осуществляют гуморальную регуляцию. Так, в основании полушарий головного мозга расположен гипофиз. Сам по себе небольшого размера, он выделяет крайне важные для человека биологически активные соединения. К примеру, гормон роста.

Тогда как контроль концентрации в русле крови возложен на инсулин. Его выделяют особые клетки в ткани поджелудочной железы. При его малом количестве формируется тяжелое своими осложнениями заболевание – диабет.

Двойственное влияние оказывают на организм человека гормоны щитовидной железы. При их чрезмерном выделении развивается гипертиреоз, а при дефиците гипотиреоз. Оба расстройства негативно отражаются на деятельности остальных внутренних органов, а у детей – на интеллектуальном и физическом развитии.

Другими железами гуморальной регуляции являются – паращитовидные клетки, надпочечники, вилочковое образование, а также половые структуры – яичники и яички. Все они тесно взаимодействуют между собой и с центральной нервной системой. Это позволяет человеку адаптироваться и к внутренним изменениям – в периоды полового созревания/угасания, и к внешним факторам – плохая экология, неправильное питание, интоксикации. При сбое в работе гуморальных механизмов, будет наблюдаться усиление работы нервных клеток. При исчерпании компенсаторных возможностей – возникнут различные болезни.

Патологии

Влияние тесной взаимосвязи нервной регуляции с гуморальным контролем человек ощущает на себе лучше всего в непривычных для него условиях – когда требуется приложить больше усилий для выполнения поставленных задач. К примеру, в случае пожара при высокой загазованности воздуха, нагрузка возрастает на дыхательную, а также сердечнососудистую системы. Организм при возрастании концентрации углекислого газа, старается его компенсировать. Если же это не удается, появляются такие заболевания, как бронхит, астма, фарингит хронического течения.

Патологические состояния в сердечной мышце – это часто результат сбоя в выделении гормонов надпочечников, адреналина с норадреналином. При их колебаниях в кровяном русле возникают различные сердечные аритмии, тахикардии, а затем и сердечная недостаточность. Нервная регуляция далеко не всегда справляется с защитной функцией, ведь гормоны длительное время могут сохранять свое влияние на сердце.

Хорошо изучены патологии щитовидной железы. Они приводят к изменениям в обменных процессах. От их концентрации напрямую зависит потребление тканями кислорода. Если их много, то температура тела повышается, усвоение питательных веществ ускоряется, рост тела усиливается. Все эти симптомы характерны для гипертиреоза. Тогда как при замедлении поступления гормонов возникает микседема – повышение массы, тела, апатия, снижение обменных процессов и температуры.

Тяжело протекают патологии репродуктивной системы, если в основе лежат сбои гормонального фона. К примеру, изменяется характер волосяного покрова, телосложения, модуляции голоса, способность к размножению.

Прогноз при заболеваниях гуморального характера во многом будет определен своевременностью обращения человека за медицинской помощью и грамотностью подбора гормональной терапии. В большинстве случаев врачам удается достичь положительных результатов в борьбе за восстановление адекватной регуляции внутренних органов.

Организм человека – сложнейшее образование, состоящее из миллиардов клеток, объединенных в ткани и органы. Органы объединяются в функциональные системы, в результате деятельности которых достигается единство организма и среды – слаженная координация множества физиологических процессов. В основе оптимального управления сложными внутренними функциями нашего организма лежит деятельность центральной нервной системы. Между ее структурами, находящимися на различных "этажах" организации, существуют определенные субординационные взаимоотношения. Можно выделить три основных уровня системы управления вегетативными процессами и двигательными реакциями человека.

Первый уровень управления (низший) включает нейронные структуры спинного мозга и ствола головного мозга. Здесь осуществляется первичная обработка афферентной информации из внутренней среды организма и расположены центры рефлексов, поддерживающих ее относительное постоянство. Этот уровень управления обеспечивает работу сердца, дыхания, органов пищеварения и т.д., но может регулировать работу лишь отдельных структур.

Первый уровень регуляции филогенетически является наиболее древним, соответственно к моменту рождения он наиболее зрелый и способен обеспечивать приспособление организма к внеутробным условиям существования. В дальнейшем первый уровень регуляции вступает в сложные подчиненные отношения со вторым и третьим уровнями регуляции.

Второй уровень управления контролирует функционирование первого и осуществляет корреляцию вегетативных процессов, соединяя деятельность всех структурных компонентов нашего организма в единое целое. К этому уровню относятся наиболее древние в филогенетическом отношении нервные структуры коры головного мозга и гипоталамус, объединяемые в лимбическую систему (см. Головной мозг). Лимбический уровень управления осуществляет регуляцию функций внутренних органов и эндокринных желез, а также вегетативные реакции, сопровождающие эмоциональные и поведенческие реакции у животных и человека (например, покраснение кожи лица при смущении, повышение артериального давления при волнении и т.п.).

Онтогенез структур лимбической системы изучен недостаточно. Имеются данные, свидетельствующие о том, что морфологически эти структуры приближаются к уровню взрослого организма уже в первые годы постнатального развития. Функционально лимбические структуры созревают также значительно быстрее филогенетически молодых отделов коры головного мозга, и в раннем возрасте они играют важную роль в регуляции вегетативных функций и поведения ребенка.

Третий, высший уровень управления регулирует работу двух нижележащих уровней в соответствии с информацией, поступающей из внешней среды, и включает функции коры головного мозга. Высший уровень управления обеспечивает наилучшую адаптацию деятельности внутренних органов к условиям и требованиям окружающей среды. Формирование произвольных движений также требует участия третьего уровня управления. Кроме того, он является основным в организации высшей формы нервной деятельности – психической.

Полноценная деятельность трех основных уровней управления вегетативными функциями, двигательной сферой и психической деятельностью человека возможна только при их взаимодействии и на основе постоянного притока информации о текущих событиях внутри и вне организма. Свои управляющие влияния спинной и головной мозг реализуют через отделы периферической нервной системы или опосредованно, через гуморальные факторы. Гуморальная регуляция осуществляется через гипофиз, тесно связанный со стороны нервной системы с гипоталамусом, со стороны эндокринной системы – со всеми железами внутренней секреции. Таким способом осуществляется единое нервно-гуморальное управление вегетативными и двигательными функциями нашего организма.

Важнейшей функциональной структурой, регулирующей деятельность нервной системы и соответственно всего организма в целом, является ретикулярная формация – скопление нервных клеток, расположенных в центральной части ствола головного мозга (рис. 11.15).

Рис. 11.15. Топографическая локализация ретикулярной формации

В настоящее время установлено важное значение ретикулярной формации в деятельности всех отделов нервной системы. Это своеобразный "аккумулятор" мозговых импульсов, которые из ретикулярной формации поднимаются к коре больших полушарий и способны подавлять или стимулировать ее деятельность (восходящие влияния). Нисходящие влияния ретикулярной формации могут изменять интенсивность двигательных реакций и вегетативных функций организма.

Обеспечение психической деятельности требует участия трех основных структурно-функциональных блоков головного мозга (А. Р. Лурия, 1963), схематично представленных на рис. 11.16:

Рис. 11.16. Три структурно-функциональных блока головного мозга

• – энергетического блока, поддерживающего тонус для нормальной работы высших отделов коры головного мозга; расположен в верхних отделах мозгового ствола (включает в себя ретикулярную формацию); функциональное значение I блока состоит в поддержании общего тонуса мозга, необходимого для любой психической деятельности, в регуляции психических функций, в частности активного внимания; уровень сформированности структур, входящих в этот блок, в значительной мере определяет возможность человека сохранять стабильную активность, требуемую для решения текущих задач деятельности;
• – блока приема, переработки и хранения информации, который включает задние отделы обоих полушарий, теменные, затылочные и височные отделы коры головного мозга; этот блок является ответственным за процессы модально специфического восприятия, межмодального взаимодействия, памяти и использования зафиксированной памятью информации, осознания, усвоения и актуализации сложных навыков, в том числе учебных навыков чтения и письма;
• – блока, обеспечивающего программирование, регуляцию и контроль деятельности; представлен лобными отделами коры головного мозга; III блок отвечает за формирование произвольной организации и регуляции деятельности, в частности за формирование серийных последовательных движений, управление вниманием, мотивационный компонент психической активности; с деятельностью отделов III блока связывают также формирование социальных чувств и мотиваций.

Развитие регулирующей функции нервной системы в онтогенезе. Ребенок рождается со всеми функциями, необходимыми ему для жизни на данном этапе онтогенеза. Но многие мозговые структуры являются незрелыми, поэтому на первых этапах онтогенеза организм способен лишь на поддержание примитивных физиологических процессов жизнедеятельности. Характерной особенностью детского организма является относительная автономность в деятельности различных функциональных систем, слабое взаимодействие центральных нервных структур, низкий уровень дублирования функций и, как следствие этого, их низкие резервные возможности.

Деятельность целостного организма всегда связана со сложной координацией безусловно-рефлекторных и условно-рефлекторных реакций и их двигательных и вегетативных компонентов. Особое значение имеет координация вегетативных функций, выражающаяся в согласованных изменениях дыхания, работы сердца и всей сердечно-сосудистой системы, деятельности желез внутренней секреции и т.д. Вся совокупность этих изменений связана с энергетическим обеспечением рефлекторных реакций ребенка и необходима для достижения полезного организму результата в кратчайший срок и с наименьшей энергетической издержкой.

Ребенок рождается с несовершенной координацией рефлекторных реакций. Ответная реакция у новорожденного и маленького ребенка всегда связана с обилием ненужных движений и избыточными вегетативными сдвигами. Обусловлено это тем, что к моменту рождения ребенка многие периферические и центральные нервные волокна не имеют миелиновой оболочки, обеспечивающей изолированное проведение нервных импульсов. В результате процесс возбуждения с одного нерва легко переходит на соседний. Миелинизация большинства нервных волокон заканчивается к 3 годам постнатального развития, но в некоторых продолжается до предпубертатного возраста.

Дети по сравнению со взрослыми имеют более высокую возбудимость нервной ткани, меньшую специализацию нервных центров, более распространенные явления конвергенции и более выраженные явления индукции нервных процессов. Доминантный очаг у ребенка возникает быстрее и легче, чем у взрослого, с чем в значительной степени связана неустойчивость внимания детей. Новые раздражители легко вызывают и новую доминанту в мозге ребенка. На первых этапах постнатального развития ведущее значение в регуляции рефлекторной деятельностью имеет не кора, а подкорковые структуры головного мозга. Все вместе эти факторы обусловливают низкий уровень функциональной надежности детского организма, под которой понимается способность поддерживать оптимальный режим жизнедеятельности, несмотря на изменяющиеся внешние воздействия. В процессе развития все недостатки координации рефлекторных процессов у детей и подростков сглаживаются. Несовершенство систем регуляции в детском возрасте обусловлено также несформированностью эндокринной системы, которая созревает только к концу пубертатного периода.

Формирование структурно-функциональных блоков в онтогенезе также имеет свои закономерности. Наиболее сформированным к моменту рождения оказывается I блок, отвечающий за процессы жизнеобеспечения. Интенсивное формирование второго блока приходится на дошкольное детство и первые годы школьного обучения. Именно в эти возрастные периоды формируется значительное количество межмодальных и ассоциативных связей, ребенок накапливает колоссальные знания, приобретает и закрепляет учебные навыки. Блок, отвечающий за целенаправленность и последовательность деятельности, достигает относительной функциональной зрелости, позволяющей осознанно управлять своим поведением, только к возрасту 7–9 лет. С его формированием в значительной степени связана готовность к школьному обучению, требующему от ребенка высокого уровня произвольности.

Окончательное завершение морфологического и функционального формирования всех уровней регуляции завершается к 20–22 годам. Надежность их функционирования к этому возрасту достигает своей высшей степени и обеспечивает широкие адаптационные возможности всем физиологическим процессам.

Год выпуска: 2003

Жанр: Биология

Формат: DjVu

Качество: Отсканированные страницы

ОСНОВЫ КЛЕТОЧНОГО СТРОЕНИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

1. Клеточная теория
2. Химическая организация клетки
3. Строение клетки
4. Синтез белков в клетке
5. Ткани: строение и функции

СТРОЕНИЕ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

1. Рефлекторный принцип работы мозга
2. Эмбриональное развитие нервной системы
3. Общее представление о строении нервной системы
4. Оболочки и полости центральной нервной системы
5. Спинной мозг
6. Общее строение головного мозга
7. Продолговатый мозг
8. Мозжечок
9. Средний мозг
10. Промежуточный мозг
11. Конечный мозг
12. Проводящие пути головного и спинного мозга
13. Локализация функций в коре полушарий большого мозга
14. Черепные нервы
15. Спинномозговые нервы
16. Автономная (вегетативная) нервная система

ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

1. Синаптические контакты нервных клеток
2. Потенциал покоя нервной клетки
3. Потенциал действия нервной клетки
4. Постсинаптические потенциалы. Распространение потенциала действия по нейрону
5. Жизненный цикл медиаторов нервной системы
6. Ацетилхолин
7. Норадреналин
8. Дофамин
9. Серотонин
10. Глутаминовая кислота (глутамат)
11. Гамма-аминомасляная кислота
12. Другие медиаторы-непептиды: гистамин, аспарагиновая кислота, глицин, пурины
13. Медиаторы-пептиды

ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

1. Общие представления о принципах организации поведения. Компьютерная аналогия работы центральной нервной системы
2. Возникновение учения о высшей нервной деятельности. Основные понятия физиологии высшей нервной деятельности
3. Разнообразие безусловных рефлексов
4. Разнообразие условных рефлексов
5. Неассоциативное обучение. Механизмы кратковременной и долговременной памяти
6. Безусловное и условное торможение
7. Система сна и бодрствования
8. Типы высшей нервной деятельности (темпераменты)
9. Сложные типы ассоциативного обучения животных
10. Особенности высшей нервной деятельности человека. Вторая сигнальная система
11. Онтогенез высшей нервной деятельности человека
12. Система потребностей, мотиваций, эмоций

ЭНДОКРИННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

1. Общая характеристика эндокринной системы
2. Гипоталамо-гипофизарная система
3. Щитовидная железа
4. Паращитовидные железы
5. Надпочечники
6. Поджелудочная железа
7. Эндокринология размножения
8. Эпифиз, или шишковидная железа
9. Тимус
10. Простагландины
11. Регуляторные пептиды

В результате изучения данной главы студенты должны:

• виды межклеточных коммуникаций;
• свойства гормонов и гормоноподобных веществ;
• строение гормональных рецепторов;
• механизмы реализации гормональных аффектов;

• давать характеристику основным группам гормонов и основным типам метаботропных рецепторов;
• разобраться в местах локализации гормональных рецепторов и в механизмах экскреции гормонов;

Методами прогноза возможных физиологических эффектов на основе химической структуры гормона и типа рецептора.

Организм человека состоит приблизительно из 10 13 клеток, и все эти клетки должны работать согласованно, обеспечивая его выживание и, более того, оптимальное существование в постоянно меняющихся условиях. Для того чтобы из миллиардов клеток создать целостный, интегрированный организм, способный к самовосстановлению, самовоспроизведению и адаптации, необходима постоянно действующая система межклеточных коммуникаций, без которых невозможна надежная система управления функциями.

Уровни управления в организме можно разделить на внутриклеточные (обеспечивающие управление на уровне клетки) и межклеточные (обеспечивающие согласованную работу различных тканей, органов и систем органов целостного организма). В каждом случае системы управления могут быть неспециализированными и специализированными. Для соединений, используемых в неспециализированных системах управления, функция передачи информации не является главной, а акцент сдвинут в сторону их использования в качестве источников пластического или энергетического материала. Таким веществом может быть, например, глюкоза. В специализированном управлении участвуют соединения, главной функцией которых является передача информации, поэтому их называют сигнальными.

В зависимости от расстояния действия сигнального соединения различают местное и системное управление.

При внутриклеточном контроле вещество-регулятор вырабатывается в клетке и действует на ее работу через внутриклеточные рецепторы. При аутокринном, ткстакринном и паракринном контроле вещество-регулятор покидает клетку и воздействует на нее же или на соседние клетки.

Системное управление отличается большой дистантностыо воздействия и подразделяется на эндокринное, нейроэндокринное и нейрокрин- ное (рис. 1.2).

а - эндокринный; б - нсйрокринный; в - нейроэндокринный

При эндокринной форме регуляции клетки железы или какой-то иной клетки выделяют гормон (от греч. оррасо - возбуждаю), который попадает в системный кровоток и способен воздействовать на все структуры организма, в которых есть рецепторы к этому гормону. Форма гормонального ответа зависит от типа ткани и разновидностей рецептора, реагирующих на этот гормон.

При нейроэндокринной форме регуляции нейрогормон сегрегируется терминалями аксонов в специализированную капиллярную сеть и из нее поступает в системный кровоток. Далее происходят те же явления, что и в случае эндокринного способа системной регуляции.

При нейрокринной форме регуляции нейроны вырабатывают нейромедиаторы, воздействующие на близлежащие клеточные структуры через специализированные рецепторы. Следовательно, имеет место разновидность паракринной регуляции, при которой дистантность действия достигается длиной аксонов и количеством синаптических переключений.

Вещества, выполняющие специфические функции передачи информации от одной клетки к другой, называются информонами. Информоны обычно не выполняют энергетических или пластических функций, а действуют на клетки через специальные распознающие молекулы - рецепторы. Содержание информонов в крови очень мало (10 6 -10“ 12 моль), а время их жизни обычно очень коротко, хотя они могут запускать длительные регуляторные каскады как в отдельных клетках, так и организме в целом.

Среди информонов с некоторой долей условности выделяют группу тканевых гормонов (гистогормонов), участвующих главным образом в процессах местной регуляции. Однако гистогормоны могут включаться и в общую регуляторную систему организма. Обычно гистогормоны секре- тируются из отдельных клеток различных систем органов, не образуя специализированных желез. Примером могут служить простагландины и тромбоксаны. Гистогормоны обычно действуют короткое время и вблизи от места секреции.

Однако в последние годы стало очевидно, что гормоны смогут выделяться не только из клеток специализированных эндокринных желез, но и из клеток многих других органов и тканей. Так, нейроны гипоталамуса способны вырабатывать целый набор гормональных факторов, таких как либерины, статины и другие гормоны, клетки сердечной мышцы выделяют в кровь натрийуретический пептид, лимфоциты выделяют ряд гормонов - стимуляторов иммунитета, наконец, множество пептидных гормонов синтезируются в слизистой кишечника.

А. Надежность регуляторньгх механизмов . При отсутствии па­тологии органы и системы организма обеспечивают такой уро­вень процессов и констант, который необходим организму со­гласно его потребностям в различных условиях жизнедеятельно­сти. Это достигается благодаря высокой надежности функци­онирования регуляторных механизмов, что в свою очередь обес­печивается за счет ряда факторов.

1. Регуляторных механизмов несколько, они дополняют друг друга (нервный, гуморальный: гормоны, метаболиты, тканевые гормоны, медиаторы - и миогенный).

2. Каждый механизм может оказывать разнонаправленные влияния на орган. Например, симпатический нерв тормозит сокращение желудка, а парасимпатический нерв усиливает. Множе­ство химических веществ стимулирует или тормозит деятельность различных органов: например, адреналин тормозит, а серотонин усиливает сокращения желудка и кишечника.

3. Каждый нерв (симпатический и парасимпатический) и любое вещество, циркулирующее в крови, также могут оказывать разно­направленные влияния на один и тот же орган. Например, симпа­тический нерв и ангиотензин суживают кровеносные сосуды; есте­ственно, что при уменьшении их активности сосуды расширяются.

4. Нервные и гуморальные механизмы регуляции взаимодейст­вуют между собой. Например, выделяющийся из парасимпатиче­ских окончаний ацетилхолин свое действие оказывает не только на клетки - эффекторы органа, но и тормозит выброс норадреналина из рядом расположенных симпатических терминалей. По­следние такое же влияние с помощью норадреналина оказывают на выделение ацетилхолина парасимпатическими терминалями. Это резко увеличивает эффект действия самого ацетнлхолина или норадреналина на орган. Адренокортикотропный гормон (АКТГ) стимулирует выработку гормонов коры надпочечников, однако избыточный их уровень посредством обратной отрицательной связи (см. раздел 1.6, Б-1) угнетает выработку самого АКТГ, что ведет к снижению выделения кортикоидов.

5. Если продолжить цепочку этого анализа, имея в виду приспо­собительный результат (поддержание констант организма на опти­мальном уровне) и работу эффекторов, то обнаружим несколько путей системной их регуляции. Так, необходимый для организма уровень артериального давления (АД) поддерживается за счет из­менения интенсивности работы сердца; регуляции просвета сосу­дов; количества циркулирующей жидкости, что реализуется с по­мощью перехода жидкости из сосудов в ткани и обратно и с по­мощью изменения ее объема, выводимого с мочой, депонирования крови или выхода ее из депо и циркуляции по сосудам организма.

Таким образом, если перемножить все пять перечисленных вариантов регуляции констант организма с учетом того, что у каждого имеется их несколько или даже несколько десятков (например, гуморальных веществ), то общее число этих вариан­тов будет исчисляться сотнями! Это и обеспечивает весьма вы­сокую степень надежности системной регуляции процессов и констант даже в экстремальных условиях и при патологических процессах в организме.

И, наконец, надежность системной регуляции функций орга­низма высока еще и потому, что имеется два типа регуляции.

Б. Типы регуляции. В литературе встречается несколько терми­нов, дублирующих и даже противоречащих друг другу. В частно-

сти, мы полагаем, что деление регуляции на типы по отклонению и по возмущению некорректно. В обоих случаях есть возмущаю­щий фактор. Например, возмущающим фактором является откло­нение регулируемой константы от нормы (регуляция по отклоне­нию), т.е. тип регуляции по отклонению без возмущающего фак­тора не реализуется. В зависимости от момента включения регуляторных механизмов относительно изменения константы организма от нормальной величины следует выделить регуляцию по отклонению и регуляцию по опережению. Эти два понятия включают в себя все другие и исключают терминологическую пу­таницу.

1, Регуляция по отклонению - циклический механизм, при кото­ром всякое отклонение от оптимального уровня регулируемой константы мобилизует все аппараты функциональной системы к восстановлению ее на прежнем уровне. Регуляция по отклонению предполагает наличие в Составе системного комплекса канала от­рицательной обратной связи, обеспечивающего разнонаправлен­ное влияние: усиление стимулирующих механизмов управления в случае ослабления показателей процесса, а также ослабление сти­мулирующих механизмов в случае чрезмерного усиления показа­телей процесса и констант. В отличие от отрицательной обратной связи положительная обратная связь, встречающаяся в организме редко, оказывает только однонаправленное влияние, причем сти­мулирует развитие процесса, находящегося под контролем управ­ляющего комплекса. Поэтому положительная обратная связь де­лает систему неустойчивой, неспособной обеспечить стабильность регулируемого процесса в пределах физиологического оптимума. Например, если бы АД регулировалось по принципу положитель­ной обратной связи, то в случае его снижения действие регуля­торных механизмов привело бы к еще большему его снижению, а в случае повышения - к еще большему его увеличению. Примером положительной обратной связи является усиление начавшейся секреции пищеварительных соков в желудке после приема пищи, что осуществляется с помощью продуктов гидролиза, всосавших­ся в кровь.

2. Регуляция по опережению заключается в том, что регулирую­щие механизмы включаются до реального изменения параметра регу­лируемого процесса (константы) на основе информации, поступаю­щей в нервный центр функциональной системы и сигнализирующей о возможном изменении регулируемого процесса (константы) в буду­щем. Например, терморецепторы (детекторы температуры), нахо­дящиеся внутри тела, обеспечивают контроль за температурной константой внутренних областей тела. Терморецепторы кожи в ос­новном играют роль детекторов температуры окружающей среды (возмущающий фактор). При значительных отклонениях темпера­туры окружающей среды создаются предпосылки возможного из­менения температуры внутренней среды организма. В норме, одна­ко, этого не происходит, так как импульсация от терморецепторов кожи, непрерывно поступая в гипоталамический терморегуляторный центр, позволяет терморегуляторному центру произвести ком­пенсаторные изменения работы эффекторов системы до момента реального изменения температуры внутренней среды организма. Усиление вентиляции легких при физической нагрузке начинается раньше увеличения потребления кислорода и накопления угольной кислоты в крови. Это осуществляется благодаря афферентной им-пульсации от проприорецепторов активно работающих мышц. Следовательно, импульсация проприорецепторов выступает как фактор, организующий перестройку работы функциональной сис­темы, поддерживающей оптимальный для метаболизма уровень Ро 2 - Рсо 2 и рН внутренней среды с опережением.

Регуляция по опережению может реализоваться с помощью ме­ханизма условного рефлекса. Показано, что у кондукторов товар­ных поездов в зимнее время резко нарастает производство тепла по мере удаления от станции отправления, где кондуктор нахо­дился в теплой комнате. На обратном пути по мере приближения к станции производство тепла в организме отчетливо снижается, хотя в обоих случаях кондуктор подвергался одинаково интен­сивному охлаждению, а все физические условия отдачи тепла не менялись (А.Д.Слоним).

Благодаря динамической организации регуляторных механиз­мов функциональные системы обеспечивают гомеостазис орга­низма как в состоянии покоя, так и в состоянии его повышенной активности в среде обитания.

ГОМЕОСТАЗИС

Гомеостазис (homeostasis) - от греч. homois - подобный, сход­ный + 513515 - стояние, неподвижность.

Это понятие ввел в физиологию В.Кэннон (1929) и определил его как совокупность скоординированных реакций, обеспечи­вающих поддержание или восстановление внутренней среды ор­ганизма. В переводе на русский язык это означает не реакцию, а состояние внутренней среды организма. В настоящее время (совершенно обоснованно, с нашей точки зрения) под гомеостазисом понимают динамическое постоянство внутренней среды орга­низма и параметров деятельности органов.

Постоянство внутренней среды зависит от устойчивого функ­ционирования внутренних органов (параметров их деятельности). Например, при нарушении газообменной функции легких наруша­ется содержание О 2 и СО 2 в крови и межклеточной жидкости, рН крови и других жидкостей организма. Устойчивая деятельность почки также определяет многие константы внутренней среды: рН, осмотическое давление, количество жидкости в организме и др.

Возможны такие ситуации, когда внутренняя среда не нарушена, а гомеостазис не наблюдается. Например, повышенное АД вследствие спазма кровеносных сосудов (в тяжелых случаях это гипертоническая болезнь) является нарушением гомеостазиса, ведущим к ухудшению трудовой деятельности, но повышение АД может не сопровождаться отклонениями от нормы внутренней среды организма. Следователь­но, возможно серьезное отклонение параметров деятельности вну­тренних органов без изменений внутренней среды организма. Тако­вым, например, является тахикардия (большая частота сердечных сокращений) как компенсаторная рефлекторная реакция при низком АД вследствие уменьшения тонуса кровеносных сосудов. В данном случае параметры деятельности внутренних органов также сильно отклонены от нормы, гомеостазис нарушен, трудоспособность сни­жена, однако состояние внутренней среды организма может нахо­диться в пределах нормы.

Динамическое постоянство внутренней среды и параметров дея­тельности органов. Имеется в виду, что физиологические и биохи­мические константы и интенсивность деятельности органов вариа­бельны и соответствуют потребностям организма в различных ус­ловиях его жизнедеятельности. Так, например, во время физической нагрузки частота и сила сердечных сокращений увеличиваются иногда в два и даже в три раза, при этом максимальное (систо­лическое) АД сильно возрастает (иногда и диастолическое); в крови накапливаются метаболиты (молочная кислота, СОг, адениловая кислота, закислястся внутренняя среда организма), наблюдается гиперпноэ - увеличение интенсивности внешнего дыхания, но эти изменения не являются патологическими, т.е. гомеостазис остается динамическим. Если бы параметры функционирования органов и систем организма не изменялись в связи с изменением интенсивно­сти их деятельности, то организм не смог бы выдерживать повы­шенные нагрузки. Следует отметить, что во время физической на­грузки функции не всех органов и систем активируются: например, деятельность системы пищеварения, напротив, угнетается. В покое наблюдаются противоположные изменения: снижаются потребле­ние О 2 , обмен веществ, ослабевает деятельность сердца и дыхания, исчезают отклонения биохимических показателей, газов крови. По­степенно все значения возвращаются к норме в покое.