Опис системи Бянь Чжичжуна

Фізіологічної регуляцією називається активне управління функціями організму, що його поведінкою задля забезпечення необхідного обміну речовин, гомеостазу і оптимальний рівень життєдіяльності з єдиною метою пристосування до мінливих умов зовнішньої среды.

Живий організм є, з одного боку, надзвичайно складну многоэлементную систему, і сукупність ієрархічно пов’язаних систем, з іншого. Під системою взагалі розуміють комплекс взаємозалежних, але водночас щодо самостійних елементів чи процесів, объединяемых виконанням певної функції. Так, організм у цілому у всьому різноманітті його взаємозв'язків із зовнішнього середовищем і виконуваних функцій самостійна освіту є живою системою. У той самий час організм є складну ієрархію (тобто. взаємозв'язок і взаимоподчиненность) систем, складових рівні осередку: молекулярний, субклеточный, клітинний, тканинної, органний, системного і организменный.

Функцією біологічних систем, зокрема й організмом загалом, називають їхня діяльність, спрямовану зберегти цілісності і властивостей системи. Ця діяльність (функція) має певні кількісні і якісні характеристики (параметри), мінливі для пристосування до місцевих умов среды.

Зміна параметрів функцій відбувається кожному рівні організації, або у будь-якій ієрархічної системі з допомогою саморегуляції, тобто. внутрішніх (системі) механізмів управління жизнедеятельностью.

Приміром, гладка м’яз кровоносних судин при розтягненні підвищує свій тонус; розтягнення серця притекающей кров’ю викликає посилення її скорочення вантажовідправки і вигнання більшого обсягу крові (Закон Франка-Старлинга); зменшення кровопостачання тканини веде до утворення у ній хімічних речовин, які розширюють артерії і відновлюють цим приплив крові (т.зв. явище робочої гиперемии). Такі механізми саморегуляції дістали назву местных.

Для функцій організму загалом необхідна взаємозв'язок і взаємозалежність функцій складових його систем. Тому, поруч із внутрішніми механізмами саморегуляції систем в організмі мають існувати й зовнішні кожної їх механізми регуляції, координуючі їхня діяльність. Наприклад, для реалізації функції переміщення у просторі необхідно зміна діяльності як кістякових м’язів, а й кровообігу, дихання, обміну речовин тощо. Ці механізми реалізуються яка склалася у процесі еволюції спеціалізованої системою регуляции.

Організм є самоорганізуючої системою. Організм сам вибирає і підтримує значення величезної кількості параметрів, змінює в залежність від потреб, що дозволяє йому забезпечувати найоптимальніший характер функціонування. Приміром, при низьких температурах довкілля організм знижує температуру поверхні тіла (аби знизити тепловіддачу), підвищує швидкість окисних процесів у внутрішні органи і м’язову активність (щоб теплотворення). Людина утепляет житло, змінює одяг (збільшення теплоизоли-рующих властивостей), причому робить це навіть заздалегідь, опережающе реагуючи зміни зовнішньої среды.

Основою фізіологічної регуляції є передача переробка інформації. Під терміном «інформація «слід розуміти усе, що містить у собі відбиток фактів або негативних подій, що відбулися, відбуваються чи можуть відбутися. Інформація містить кількісні характеристики определенных. параметров, для організму особливої важливості має її обсяг. Однією з способів кількісного висловлювання інформації, які у інформатики як науці, і які у організмі, є двоичная система;

Одиницею кількості інформацією цьому випадку є біт, що характеризує інформацію, отримувану під час виборів однієї з двох ймовірних станів, наприклад, «немає «, «все-ничего », «быть-не бути «тощо. Матеріальним носієм інформації є сигнал, у вигляді якого і переноситься інформація. Це може бути як фізичні, і хімічні сигнали, наприклад, електричні імпульси, форма молекули, концентрація молекул тощо. Наочним прикладом двоичной системи висловлювання інформацією організмі є процес порушення клітини під впливом подразника; передача порушення по нервах як серії електричних потенціалів (імпульсів) із розбіжностями лише числі імпульсів у серії (пачці) і тривалістю межимпульсных (межпачечных) інтервалів. Такий одне із способів кодування інформацією нервовій системі. Можуть бути й інші способи кодування, наприклад, генетичного коду структури ДНК, структурне кодування чужорідності білкових молекул.

Переробка інформації здійснюється керуючої системою чи системою регуляції. Воно складається з окремих елементів, пов’язаних інформаційними каналами (мал.1). Серед елементів виділяються: котра управляє пристрій (центральна нервова система); вхідні і вихідні канали зв’язку (нерви, рідини внутрішнього середовища з інформаційними молекулами речовин); датчики, сприймають інформацію на вході системи (сенсорні рецептори); освіти, розташовані на виконавчих органах (клітинах) і сприймають інформацію вихідних каналів (клітинні рецептори). Частина управляючого устрою, службовець для зберігання інформації, називається запам’ятовуючим пристроєм чи апаратом пам’яті. Характер переробки вступників сигналів залежить від інформації, яка записана в апараті пам’яті системи регуляции.

Система регуляції фізіологічних функцій організму є ієрархічну структуру трьох уровней.

Перший чи нижчий рівень системи регуляції складається з відносно автономних локальних систем, підтримують фізіологічні константи, поставлені власними метаболічними потребами або як високими рівнями регуляції. Він підтримує, наприклад, осмотическое тиск крові, вентиляцион-но-перфузионные відносини у легких, тканинної кровотік. Задля реалізації механізмів цього рівня не в обов’язкові сигнали з управляючого устрою центральної нервової системи, вони забезпечуються місцевими реакціями й носять тому назва «місцева саморегуляція » .

Другий рівень системи регуляції здійснює приспособитель-ные реакції у зв’язку з змінами внутрішнього середовища. У цьому рівні задається величина фізіологічних параметрів, які надалі можуть підтримуватися системами першого рівня. Тут підбирається оптимальний режим роботи фізіологічних систем на адаптацію організму до зовнішнього середовища. Наприклад, виконання фізичної роботи, чи навіть підготовка до неї вимагає збільшеного постачання м’язів киснем, що забезпечується посиленням зовнішнього дихання, надходженням до крові депонованих еритроцитів і підвищення артеріального давления.

Третій чи вищий рівень системи регуляції забезпечує вироблення критеріїв оцінки стану внутрішньої і до зовнішньої середовища, надстройку режимів роботи першого і другого рівнів, які гарантують у результаті зміна вегетативних функцій власної поведінки організму із єдиною метою оптимізації його жизнедеятельности.

На всіх трьох рівнях структурної організації системи регуляції можливі два типу регуляції: по обуренню і з відхилення. Регуляція по обуренню (саморегуляція по входу) системи (рис. 3.1) можливе тільки для відкритих систем, які мають зв’язки із зовнішнього середовищем. Цей тип регуляції входить у тому випадку, коли живу систему впливає зовнішній нею чинник, змінює умови його существования.

Наприклад, регуляція дихання зазвичай забезпечує оптимальний для метаболізму клітин взаємозв'язок процесів газообміну у легенях, транспорту газів кров’ю і газообміну крові, із клітинами в тканинах. Фізична ж навантаження, яка є частиною структури наведеної системи (зовнішня нею), є що обурює поєднання, оскільки фізична навантаження ставить нових умов як підвищеної потреби м’язів в кисні, реалізується регуляція по обуренню, яка змінює інтенсивність складових подих процессов.

У тому ж прикладі регуляція дихання по обуренню виникає за зміни складу атмосферного повітря, або його тиску. Вона відрізняється випереджаючим характером реагування, тобто. ефект возмущающего впливу прогнозується і організм заздалегідь щодо нього готується. Так, активація системи дихання при фізичної навантаженні відбувається доти, як посилено працюючі м’язові клітини починають відчувати недолік кисневого забезпечення і, аби запобігти їх кисневого голодания.

Регуляція по відхилення (саморегуляція після виходу системи) забезпечується порівнянням наявних параметрів реакції фізіологічних систем з потрібними за умов, визначенням ступеня неузгодженості з-поміж них і включенням виконавчих пристроїв усунення цього неузгодженості. Приватним прикладом регуляції по відхилення є підтримання фізіологічних констант внутрішнього середовища. Варто лише відхилитися від рівня і підвищитися у крові напрузі вуглекислого газу зза недостатнього його видалення через легкі чи підвищеного освіти у тканинах, як почнуть реалізовуватися ре-гуляторные механізми. Йдеться комплексі реакцій першого, другого і третього рівнів, необхідні усунення цього зсуву: освіту вуглекислоти і бікарбонату натрію, зв’язування водневих іонів буферними системами, підвищення виведення протонів через нирки, активація дихання виведення вуглекислого газу в зовнішню среду.

Регуляція по відхилення вимагає наявності каналу зв’язок між виходом системи регуляції і його центральним апаратом управління (рис. 3.1) і навіть між виходом і входом системи регуляції. Цей канал отримав назву зворотний зв’язок. Власне, зворотний є процес впливу результату дії на причину і механізм цього дії. Саме зворотний дозволяє регуляції по відхилення працювати у двох режимах: компенсационном і спостереження. Компенсаційний режим забезпечує швидку коригування неузгодженості реального і оптимального стану фізіологічних систем при раптових впливах середовища, тобто. оптимізує реакції організму. При режимі спостереження регуляція здійснюється за заздалегідь заданим програмам, а зворотний контролює відповідність параметрів діяльності фізіологічної системи заданої програмі. Якщо виникає відхилення — реалізується компенсаційний режим.

Ефект зворотний зв’язок завжди запізнюється, т.к. воно охоплює компенсаційний режим вже коли сталося неузгодженість. Тож у центральному апараті управління системи регуляції зазвичай закладено іще одна механізму контролю, який дозволяє отримувати інформацію не про вже отриманих параметрах діяльності, а здійснює порівняння сигналів, посылаемых до виконавчим пристроям, з сигналами, необхідними для заданої програми. Цей механізму контролю властивий третьому рівню системи регуляції здійснюється центральної нервової системой.

По кінцевому ефекту регуляції зворотний то, можливо позитивної і отрицательной.

Позитивна зворотний означає, що вихідний сигнал системи регуляції посилює вхідний, активація будь-якої функції викликає посилення механізмів регуляції ще ймовірніше її активуючих. Така зворотний посилює процеси життєдіяльності. Наприклад, приймання їжі і надходження її «в шлунок посилюють відділення шлункового соку, який буде необхідний гідролізу речовин. З’являються в шлунку і лише частково всасывающиеся до крові продукти гідролізу своєю чергою стимулюють сокоотделение, що прискорює та підсилюють подальше перетравлювання їжі. Проте позитивний зворотний зв’язок часто наводить систему в збаламучену стан, сприяє формуванню «порочних кіл », що у багатьох патологічних процесів в организме.

Негативна зворотний означає, що вихідний сигнал зменшує вхідний, активація будь-якої функції придушує механізми регуляції, які посилюють цю функцію. Негативні зворотний зв’язок сприяють збереженню стійкого, стаціонарного стану системи. Завдяки ним, виникає відхилення регульованого параметра зменшується і системи повертається до початкового стану. Наприклад, під впливом паратирина (гормону околощитовидных залоз) у крові зростає зміст іонізованого кальцію. Підвищений рівень катиона гальмує секрецію паратирина, посилює вступ у кров кальцитонина (гормону щитовидної залози), під впливом якого рівень кальцію знижується й його вміст у крові нормализуется.

Негативні зворотний зв’язок сприяють збереженню стабільності фізіологічних параметрів внутрішнього середовища при збурюючих впливах довкілля, тобто. підтримують гомеостазис. Вони й у напрямку, тобто. при зменшенні параметрів включають системи регуляції що б їх і тим самим щоб забезпечити відновлення гомеостазиса.

Описані особливості регуляції життєдіяльності сприяють надійності живих систем.

Надійністю біологічної системи називають її здатність зберігати цілісність і виконувати властиві їй функції протягом визначеного часу, що становить, зазвичай, тривалість життя. Властивість надійності забезпечується поруч принципов:

1) принцип надмірності — обумовлений наявністю більшого, ніж потрібно реалізації функції числа елементів, наприклад, безлічі нервових клітин та перетинів поміж ними (структурна надмірність), безлічі каналів передачі, зайвого її обсягу (інформаційна надмірність) і т.п.;

2) принцип резервування функції — забезпечується наявністю у системі елементів, здатних переходити зі стану спокою до діяльності. Це відбувається, наприклад, за необхідності підвищити інтенсивність функціонування, навіщо втягуються резервні елементи. Так, при спокійному подиху функціонують (вентилируются) в повному обсязі альвеоли легких, а при посиленні дихання включаються резервні; в працюючої м’язі відкриваються не функціонуючі у спокої капіляри. Наведений варіант реалізації принципу резервування веде до підвищення числа які у системі елементів. Особливого значення набуває наявність резервних елементів при ушкодженні чи відмову частини діючих структур. У цьому залучення резервних елементів гарантує збереження функции;

3) принцип періодичності функціонування забезпечує зміну структуру системи та може фізіологічного спокою. Так було в легких постійно відбувається зміна вентильованих альвеол, в нирках — функціонуючих нефронов, у мозку — возбуждающихся нервових клітин центру тощо. Періодичність функціонування «чергових «і «що лежать «структур забезпечує захисну роль стану спокою всім елементів постійно діючої системы;

4) принцип взаємозамінності і заміщення функцій — забезпечує можливість перебудови функціональних властивостей елементів системи, що сприяє збереженню функції за умов відмови чи пошкодження інші елементи. Для центральної нервової системи виявляється в пластичності мозку, тобто. зміні ефективності й направленості перетинів поміж нейронами, сприяє навчання чи відновленню функції після ушкодження. Прикладом заміщення функцій може бути зміна дихання, діяльності нирок при зрушеннях рН крові й про недостатню ефективність буферних систем;

5) принцип дублювання, пов’язаний, наприклад, з наявністю в організмі парних органів (легкі, нирки). У системах регулювання Україні цього принципу проявляється як наявністю однакових структурних елементів — паралельним розташуванням в нерві значної частини однакових нервових волокон, існуванням численних клітин чи багатоклітинних структур з однаковим функцією (нейрони у мозку, нефроны в нирці, тканинні капіляри). Він також забезпечує однаковий ефект різними шляхами регуляції (симпатичний і парасимпатический шляху регуляції функцій серця, безліч сахаррегулирующих гормонів тощо.). Многоконтурность в системах регуляції фізіологічних параметрів — одна з основних способів реалізації дублирования;

6) принцип усунення у низці пов’язаних функцій забезпечує досягнення пристосувального результату у разі порушення функції з допомогою активації інший. Наприклад, у разі порушення зовнішнього подиху і надходження кисню до крові активується освіту еритроцитів, змінюються функції кровообігу, унаслідок чого доставка кисню до тканинам не страдает;

7) принцип посилення, що у системах регуляції, забезпечує їх енергетичну економічність й у кінцевому підсумку також сприяє надійності. Для отримання потужного ре-гуляторного ефекту не обов’язково посилати так само дуже багато сигналів по інформаційним каналам. Так, дуже небагато молекул гормону може викликати суттєва зміна функції. Зміна лише одним амінокислоти в детер-минантной групі білка може дати їй чужеродность, а імунної системи необхідно дуже невелика кількість чужорідних молекул.

Надійність біологічних систем забезпечується здатність до збільшення маси елементів, відчувають постійні робочі навантаження (гіпертрофія), і регенеративными процесами, восстанавливающими структуру при загибелі клітин. Для організму загалом найважливішим засобом підвищення надійності є приспособи-тельное поведение.

Необхідною властивістю живої системи, впливає на ефективність механізмів регуляції, є реактивність. Реактивність — це здатність живої системи більшою чи меншою мірою, однак відповідати (реагувати) змінами обміну речовин і функції на подразники зовнішньої або внутрішнього середовища. Будучи однією з основних властивостей, притаманних усім рівням організації живої системи, реактивність залежить від функціонального стану реагує субстрату. Тому характер відповідної реакції будь-якій живій системи визначається як якісними і кількісними характеристиками подразника, а й реактивністю самої системи. Відповідно, ефекти регуляторних сигналів (нервових імпульсів, молекул хімічних речовин) залежать тільки від характеристик цих сигналів, а й від реактивності регульованого об'єкта, тобто. эффектора.

Один з проявів властивості реактивності одержало назву правила вихідного стану, за яким величина і спрямованість ефекту регуляторного сигналу залежить від особливостей метаболізму і функції, які були в регульованої системі перед дією цього сигналу. Сутність цього правила проявляється у наступному. Якщо функція клітини, тканини, органу чи фізіологічної системи, або метаболічні шляху перебувають у активированном стані, то, на стимулюючий регуляторний сигнал відзначається чи слабкий ефект, або відсутність ефекту, і навіть протилежний ефект, а регулятор переважної дії, навпаки, викликає максимально можливий ефект. Якщо ж у вихідному стані функція чи метаболізм знижено, то стимулюючий регулятор викликає максимальний ефект, а дію переважної регулятора ослаблене і навіть призводить до стимуляції эффектора.

Механізми регуляції життєдіяльності організму заведено поділяти на нервові і гуморальные. Перші використовують із передачі й переробки інформації структури нервової системи (нейрони, нервові волокна) і імпульси електричних потенціалів, другі — внутрішнє середовище і молекули хімічних веществ.

Нервова регуляція забезпечує швидку і спрямовану передачу сигналів, які у вигляді нервових імпульсів по відповідним нервовим лідерів прибувають певному адресата —об'єкту регуляції. Швидка передача сигналів (до 80−120 м/с) без загасання і енергії обумовлена властивостями які проводять порушення структур, переважно станом їх мембран. Нервової регуляції підлягають як соматичні (діяльність скелетної мускулатури), і вегетативні (діяльність внутрішніх органів) функції. Це універсальне значення нервової регуляції життєдіяльності і фізіологічних функцій було покладено основою концепції нервизма, що розглядає цілісність організму як наслідок діяльності нервової системи. Проте абсолютизація цю концепцію до теорії фізіології немає місця розмаїттю рівнів і зв’язків у системі регуляції життєдіяльності механізмів інтеграції функцій. Елементарний і основний принцип нервової регуляції — рефлекс.

Гуморальна регуляція є спосіб передачі регулюючої інформації до эффекторам через рідку внутрішнє середовище організму з допомогою молекул хімічних речовин, виділених клітинами чи спеціалізованими тканинами і органами. Цей вид регуляції життєдіяльності може забезпечувати як щодо автономний місцевий обміну інформацією про особливості метаболізму і функції клітин та тканин, і системний эфферентный канал інформаційної зв’язку, що у більшої або меншої залежність від нервових процесів сприйняття й переробки інформації про стан зовнішньою і внутрішньою середовища. Відповідно, гуморальную регуляцію поділяють на місцеву, малоспециализированную саморегуляцію, і высокоспециализирован-ную систему гормональну регуляцію, що забезпечує генерализо-ванные ефекти з допомогою гормонів. Місцева гуморальна регуляція (тканинна саморегуляція) мало управляється нервової системою, тоді як система гормональну регуляцію становить значну частину єдиної нейро-гуморальной системы.

Розподіл механізмів регуляції життєдіяльності організму на нервові і гуморальные дуже умовне і може використовуватися лише для аналітичних цілей як засіб вивчення. Насправді, нервові і гуморальные механізми регуляції неразделимы.

По-перше, інформацію про стані зовнішньою і внутрішньою середовища сприймається майже завжди елементами нервової системи (рецептори), обробляється в нервову систему, де може трансформуватися на сигнали виконавчих пристроїв або нервової, або гуморальной природи. Отже, на другому і третього рівнів системи регуляції фізіологічних функцій управляючим пристроєм є, зазвичай, нервова система.

По-друге, сигнали, вступники по управляючим каналам нервової системи передаються у місцях закінчення нервових провідників як хімічних молекул-посредников, що у микроокружение клітин, тобто. гуморальним шляхом. А спеціалізовані для гуморальной регуляції залози внутрішньої секреції управляються нервової системой.

Отже, треба говорити про єдиної нейро-гуморальной системі регуляції фізіологічних функций.

1. «Основи фізіології людини». Підручник для ВНЗ, в 2-х томах, під редакцією Б.І. Ткаченко. СПб., 1994. Том 1, стр.86−94.

2. «Фізіологія людини». В. 4-х томах, перекл. з анг. Під редакцією Р. Шмидта і Г. Тевса. М., «Світ», 1985. Том 1, стор 250−252.

3. «Введення у психофізіологію: навчальних посібників за курсом: «Спільна й вікова психофізіологія», Т. М. Марютина, О.Ю. Єрмолаєв, М., «Флинта», 1997. Стр.12−24.

4. «Гомеостаз», збірник, під ред. П. Д. Горизонтова. М., «Медицина», 1976. Стр.12−23.

5. «Гомеостатика живих, технічних, соціальних і екологічних систем». Горський Ю. М., Астаф'єв В.І., Казначеєв В.П. та інших. Новосибірськ, «Наука», 1990. Стр.9−14, 20−23.