что такое каналы связи в физиологической регуляции
3.Понятие о саморегуляции физиологических функций и её механизмах(прямая/обратн.Связи)
У человека и высших жив-х мех-мы саморег-и достигли совершенства.
Саморегуляция осуществляется при наличии обратной связи
Процессы саморег-и основаны на использ-и прямых и обратных связей.
Прямая связь – выработка управл.воздействий на основании информ-и об изменении константы(раздр.холодом приводит к ↑теплопродукции).
Обратная связь – выходной, регулируемый сигнал о состоянии объекта управления подаётся на вход системы.
«+»-я обратная:усиливает управл.воздействие, позв.управлять значительн.потоками Е, потребляя Е незначительно:↑скор.образ.тромбина при появлении его небольш.кол-ва на начальных этапах гомеостаза.
«-»-я обратная связь: ослабляет упр.возд-е,↓вляиние возмущ-х факторов на работу управл.объектов, способствует возвращению изменённого показателя к стац.ур-ню.
4. Функциональная система, ее архитектура и значение в организации целенаправленной деятельности организма.
Функциональная ситстема – временное функциональное объединение нервных центров и различных органов и систем организма для достижения конечного полезного результата.
1) Полезный приспособительный результат – то, ради чего создается функциональная система;
2) Аппарат контроля (акцептор результата) – группа нервных клеток, в которых формируется модель результата;
3) Обратная афферентация (поставляет информацию от рецептора в центральное звено функциональной системы) – вторичные афферентные нервные импульсы, которые идут в акцептор результата действия для оценки результата;
4) Аппарат управления (центральное звено) – функциональное объединение нервных центров с эндокринной системой;
5) Исполнительные компоненты (аппарат реакции) – это органы и физиологические системы организма (вегетативная, эндокринные, соматические). Состоит из четырех компонентов:
а) внутренних органов;
б) желез внутренней секреции;
г) поведенческих реакций.
1) динамичность: в функциональную систему могут включаться дополнительные органы и системы, что зависит от сложности сложившейся ситуации;
2) способность к саморегуляции: при отклонении регулируемой величины или конечного полезного результата от оптимальной величины происходит ряд реакций самопроизвольного комплекса, что возвращает показатели на оптимальный уровень..
В организме работает одновременно несколько функциональных систем.
Принцип гетерохронной закладки и гетерохронного созревания компонентов функциональной системы. различные структуры организма закладываются в разное время и созревают с различными темпами. В первую очередь те функциональные системы, без которых невозможно дальнейшее развитие организма
Принцип фрагментации органов. в пределах одного и того же органа отдельные его фрагменты развиваются неодинаково: прежде всего в нем развиваются те фрагменты, которые обеспечивают к моменту рождения возможность функционирования некоторой целостной функциональной системы (волокна лицевого нерва, идущие к сосательным мышцам, демонстрируют более раннюю миелинизацию и более раннее образование синаптических контактов в сравнении с нервными волокнами, направляющимися к лобным мышцам).
Принцип минимального обеспечения: Функциональные системы ребенка отличаются от функциональных систем взрослого организма относительной незрелостью, но начинают играть приспособительную роль задолго до того, как все ее звенья завершат свое окончательное структурное оформление
Принцип консолидации компонентов функциональной системы: объединение в функциональную систему отдельных фрагментов, развивающихся в различных частях организма. Ведущую роль в этом процессе играет ЦНС.
22. Физиологическая регуляция функций…
Физиологическая регуляция (регуляция функций)— активное управление функциями организма для обеспечения постоянства внутренней среды организма, требуемого для этого обмена веществ, энергии и информации и обеспечения адекватного приспособления к окружающей среде.
Из определения понятно, что регуляция направлена на решение 3-х основных задач:
2. Обеспечение требуемого для этого (поддержания гомеостаза) уровня обмена веществ, энергии и информации.
3. Адекватное приспособлениек изменяющимся условиям окружающей среды.
В организме существует большое количество регуляторных систем. Каждая из этих регуляторных систем действуетна своём уровне регуляции. Кроме того, системы регуляции взаимно подчинены друг другу, т.е. существуетиерархия регуляторных систем.
Все регуляторные системы состоят из нескольких элементов:
1. Центральный элемент. Это управляющее устройство, оно может быть многосложным (например, ЦНС, спинной мозг, отдельный нервный центр, система желёз внутренней секреции);
3. Выходные каналы связи.Могут быть нервные выходные каналы (аксоны), кроме того, выходные каналы от управляющего устройства могут распространяться игуморальным путём.
2) нервная регуляцияи
3) гуморальная регуляция.
Саморегуляция осуществляется на основеобратной связи.Она направлена на гомеостатирование деятельности органа или системы органов
Нервная регуляцияосуществляется за счетсоматической и вегетативной нервной системы. Они обеспечивают регуляцию вегетативных и соматических функций (т.е. обеспечивают эффективную работу аппарата движения).
Гуморальная регуляция(эфферентная часть) осуществляется за счет химических веществ, находящихся в биологических средах (биологические среды— кровь, лимфа, межклеточная жидкость). Основным местом, с которым взаимодействуют биологически активные вещества(БАВ), являютсяклеточные рецепторы.
Биологически активные вещества— это химические вещества различной природы (органические, неорганические, белковые), которые способны, находясь в биологических жидкостях в небольших концентрациях, оказывать значимый физиологический эффект.
Связь между нервной и гуморальной регуляцией
Нередко мишеньюдействиябиологически активных веществявляютсянервныеокончания, и тогда биологически активные вещества включают, наряду с гуморальной регуляцией, ещё и нервный компонент, когда возбуждается чувствительный нейрон, а далее и вся нервная цепочка.
Итак, существует взаимосвязь между нервной регуляцией и гуморальнойи поэтому, когда говорят о регуляции органа, то говорят онейро-гуморальной регуляции(единой).
Уровни нейро-гуморальной регуляции
I уровень: местная и локальная регуляция происходит на минимальном пространстве, касается ограниченного числа клеток (единицы, десятки). На этом уровне регулирующее влияние определяется рядом факторов:
а) количество биологически активного вещества в биофазе,
б) чувствительность и количество рецепторов.Чувствительность рецепторов зависит от:
1. функционального состояния клетки,
2. от состояния микросреды (рН, концентрация ионов и т.д.),
3. длительность воздействия возмущающего фактора также может привести к изменению чувствительности.
II уровень регуляции— региональный, центральное место в этой регуляции играют органные ганглии, содержащие как вегетативные клетки, так и чувствительные. Один органный ганглий обеспечивает полную иннервацию целого органа.
III уровеньмежорганное, межсистемное регулирование.
2. гормональный канал информации (БАВ, поступающие с кровью). Прежде всего, влияние БАВ в районе гипоталамуса.
А) Гипоталамус занимает особое место в регуляции функций, так как:
1. Его нервные центры непосредственно реагируют на изменения концентрации БАВ, т.к. отсутствует гематоэнцефалический барьер.
3. Афферентно-эфферентные связи с другими отделами головного мозга.
Б) Важная роль в межорганной межсистемной регуляции принадлежит железам внутренней секреции.
*На уровне нервных центров происходит сопряжение вегетативной и соматической регуляции.
*Гипоталамус обеспечивает интеграцию нервной и гуморальной регуляции.
Виды регуляторных влияний:
2. Корригирующее влияние— это влияние регуляторной системы на текущую, уже реализующуюся функцию.
регуляция по возмущению;регуляция по рассогласованию (по отклонению).
1.регуляция по возмущениювозможна только в открытых системах, которой является организм человека. Этот тип регуляции включает в себя те случаи регуляции, когда на биологичекую систему оказывается воздействиевнешнихдля нее (системы)факторов, меняющих условия ее существования, жизнедеятельности, вызывающих регуляцию по типу возмущения.
Под биологическими системамиздесь, в данном случае, понимаются организм в целом, различные анатомо-физиологические системы, система кровообращения, система дыхания.
Здесь физическая нагрузка включила регуляторную систему, являющуюся внешнейпо отношению к системе дыхания.
С помощью регуляции по возмущениюреализуются все воздействия на человека из внешней среды. С помощью регуляции по возмущению мы даже можем отвечать, опережая реальные события (классическим примером являютсяусловные рефлексы). Большинство реакций регуляции по возмущению обеспечивает нам адекватное приспособление к изменяющимся условиям.
2.Регуляция по отклонению— это такая регуляция, которая обеспечивается при отклонении от исходных параметров постоянства (гомеостаза) внутренней среды организма.
Итак, пусковым моментом для начала регуляции по отклонению является отклонение показателей внутренней среды от нормальных величин. Как это происходит?
Информация о состоянии внутренней среды, об отклонениях в состоянии внутренней среды организма, поступающая в аппарат управления, называется обратной связью. Вся регуляция по отклонению строится на обратной связи.
Обратная связь бывает: отрицательная; положительная.
Отрицательная обратная связь— это такая обратная связь, которая обеспечивает включение механизма, действие которого стабилизирует (нормализует), состояние внутренней среды, возвращает отклоненный параметр к норме.
Положительная обратная связь— это такая обратная связь, приход информации по которой приводит к тому, что отклонение, возникшее в системе гомеостаза, на какой-то период времени усиливается в ещё большей степени.
Два правила регуляции для всех видов регуляции:
1. Правило исходного состояния— величина и направленность ответной реакции зависит от исходного уровня функции. Это касается не только функции на уровне организма, но и регуляции любой функции (отдельной клетки).
22. Физиологическая регуляция функций…
Физиологическая регуляция (регуляция функций)— активное управление функциями организма для обеспечения постоянства внутренней среды организма, требуемого для этого обмена веществ, энергии и информации и обеспечения адекватного приспособления к окружающей среде.
Из определения понятно, что регуляция направлена на решение 3-х основных задач:
2. Обеспечение требуемого для этого (поддержания гомеостаза) уровня обмена веществ, энергии и информации.
3. Адекватное приспособлениек изменяющимся условиям окружающей среды.
В организме существует большое количество регуляторных систем. Каждая из этих регуляторных систем действуетна своём уровне регуляции. Кроме того, системы регуляции взаимно подчинены друг другу, т.е. существуетиерархия регуляторных систем.
Все регуляторные системы состоят из нескольких элементов:
1. Центральный элемент. Это управляющее устройство, оно может быть многосложным (например, ЦНС, спинной мозг, отдельный нервный центр, система желёз внутренней секреции);
3. Выходные каналы связи.Могут быть нервные выходные каналы (аксоны), кроме того, выходные каналы от управляющего устройства могут распространяться игуморальным путём.
2) нервная регуляцияи
3) гуморальная регуляция.
Саморегуляция осуществляется на основеобратной связи.Она направлена на гомеостатирование деятельности органа или системы органов
Нервная регуляцияосуществляется за счетсоматической и вегетативной нервной системы. Они обеспечивают регуляцию вегетативных и соматических функций (т.е. обеспечивают эффективную работу аппарата движения).
Гуморальная регуляция(эфферентная часть) осуществляется за счет химических веществ, находящихся в биологических средах (биологические среды— кровь, лимфа, межклеточная жидкость). Основным местом, с которым взаимодействуют биологически активные вещества(БАВ), являютсяклеточные рецепторы.
Биологически активные вещества— это химические вещества различной природы (органические, неорганические, белковые), которые способны, находясь в биологических жидкостях в небольших концентрациях, оказывать значимый физиологический эффект.
Связь между нервной и гуморальной регуляцией
Нередко мишеньюдействиябиологически активных веществявляютсянервныеокончания, и тогда биологически активные вещества включают, наряду с гуморальной регуляцией, ещё и нервный компонент, когда возбуждается чувствительный нейрон, а далее и вся нервная цепочка.
Итак, существует взаимосвязь между нервной регуляцией и гуморальнойи поэтому, когда говорят о регуляции органа, то говорят онейро-гуморальной регуляции(единой).
Уровни нейро-гуморальной регуляции
I уровень: местная и локальная регуляция происходит на минимальном пространстве, касается ограниченного числа клеток (единицы, десятки). На этом уровне регулирующее влияние определяется рядом факторов:
а) количество биологически активного вещества в биофазе,
б) чувствительность и количество рецепторов.Чувствительность рецепторов зависит от:
1. функционального состояния клетки,
2. от состояния микросреды (рН, концентрация ионов и т.д.),
3. длительность воздействия возмущающего фактора также может привести к изменению чувствительности.
II уровень регуляции— региональный, центральное место в этой регуляции играют органные ганглии, содержащие как вегетативные клетки, так и чувствительные. Один органный ганглий обеспечивает полную иннервацию целого органа.
III уровеньмежорганное, межсистемное регулирование.
2. гормональный канал информации (БАВ, поступающие с кровью). Прежде всего, влияние БАВ в районе гипоталамуса.
А) Гипоталамус занимает особое место в регуляции функций, так как:
1. Его нервные центры непосредственно реагируют на изменения концентрации БАВ, т.к. отсутствует гематоэнцефалический барьер.
3. Афферентно-эфферентные связи с другими отделами головного мозга.
Б) Важная роль в межорганной межсистемной регуляции принадлежит железам внутренней секреции.
*На уровне нервных центров происходит сопряжение вегетативной и соматической регуляции.
*Гипоталамус обеспечивает интеграцию нервной и гуморальной регуляции.
Виды регуляторных влияний:
2. Корригирующее влияние— это влияние регуляторной системы на текущую, уже реализующуюся функцию.
регуляция по возмущению;регуляция по рассогласованию (по отклонению).
1.регуляция по возмущениювозможна только в открытых системах, которой является организм человека. Этот тип регуляции включает в себя те случаи регуляции, когда на биологичекую систему оказывается воздействиевнешнихдля нее (системы)факторов, меняющих условия ее существования, жизнедеятельности, вызывающих регуляцию по типу возмущения.
Под биологическими системамиздесь, в данном случае, понимаются организм в целом, различные анатомо-физиологические системы, система кровообращения, система дыхания.
Здесь физическая нагрузка включила регуляторную систему, являющуюся внешнейпо отношению к системе дыхания.
С помощью регуляции по возмущениюреализуются все воздействия на человека из внешней среды. С помощью регуляции по возмущению мы даже можем отвечать, опережая реальные события (классическим примером являютсяусловные рефлексы). Большинство реакций регуляции по возмущению обеспечивает нам адекватное приспособление к изменяющимся условиям.
2.Регуляция по отклонению— это такая регуляция, которая обеспечивается при отклонении от исходных параметров постоянства (гомеостаза) внутренней среды организма.
Итак, пусковым моментом для начала регуляции по отклонению является отклонение показателей внутренней среды от нормальных величин. Как это происходит?
Информация о состоянии внутренней среды, об отклонениях в состоянии внутренней среды организма, поступающая в аппарат управления, называется обратной связью. Вся регуляция по отклонению строится на обратной связи.
Обратная связь бывает: отрицательная; положительная.
Отрицательная обратная связь— это такая обратная связь, которая обеспечивает включение механизма, действие которого стабилизирует (нормализует), состояние внутренней среды, возвращает отклоненный параметр к норме.
Положительная обратная связь— это такая обратная связь, приход информации по которой приводит к тому, что отклонение, возникшее в системе гомеостаза, на какой-то период времени усиливается в ещё большей степени.
Два правила регуляции для всех видов регуляции:
1. Правило исходного состояния— величина и направленность ответной реакции зависит от исходного уровня функции. Это касается не только функции на уровне организма, но и регуляции любой функции (отдельной клетки).
3. Основные понятия физиологии:
Функция – проявление строго специализированной деятельности физиологической системы (например, функции желудочно-кишечного тракта – секреторная, моторная, инкреторная, всасывательная и др.). В основе функции лежит обмен веществ, энергии и информации.
Между управляющей системой и объектом управления имеются каналы связи, которые бывают прямыми и обратными.
По каналу прямой связи передаются управляющие воздействия от управляющей системы к объекту управления для изменения состояния объекта управления таким образом, чтобы обеспечить приспособление системы к конкретной ситуации. Она необходима, чтобы изменить состояние объекта управления.
По каналу обратной связи передается информация к управляющей системе о состоянии объекта управления и о результате управляющего воздействия. Она может быть отрицательной и положительной. Она необходима, чтобы контролировать состояние объекта управления.
• Отрицательная обратная связь. Большинство контролирующих систем организма действует, используя принцип отрицательной обратной связи. Другими словами, результат действия отрицательно влияет на причину и способы, его вызвавшие.
Отрицательные обратные связи способствуют сохранению стабильности физиологических параметров внутренней среды при возмущающих воздействиях внешней среды, т.е. поддерживают гомеостаз. Обратная связь является основным механизмом саморегуляции гомеостаза функций организма, его энергетического и вещественного баланса.
Вместе с тем действие отрицательной обратной связи может иметь и неблагоприятный для организма в целом эффект. Например, удерживая систему в стационарном состоянии, отрицательная обратная связь препятствует ее развитию.
Положительная обратная связь усиливает рассогласование в системе. Под рассогласованием понимается отклонение параметра управления от первоначально заданного значения. То есть положительная обратная связь уводит систему все дальше от исходного состояния. Рассогласование возникает, когда необходимо создать новый режим функционирования, например, в процессах роста, развития, стрессорной реакции и т.д.
Регуляция осуществляется множествоммеханизмов управления, которые принято делить на нервные и гуморальные.
Нервная регуляцияиспользует для передачи и переработки информации структуры нервной системы (нейроны). Информация передается в виде импульсов электрических потенциалов. Она обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов, без затухания и потери энергии обусловлена свойствами проводящих возбуждения структур, преимущественно состоянием их мембран.
Гуморальная регуляцияпредставляет собой способ передачи регулирующей информации к эффекторам через жидкую внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, цереброспинальную, тканевую и клеточную жидкость) с помощью молекул химических веществ, выделяемых клетками или специализированными тканями и органами. Этот вид регуляции жизнедеятельности может обеспечивать как относительно автономный местный обмен информацией об особенностях метаболизма и функций клеток и тканей, так и системный эфферентный канал информационной связи, находящейся в большей или меньшей зависимости от нервных процессов восприятия и переработки информации о состоянии внешней и внутренней среды.
При всем многообразии механизмов нервной и гуморальной регуляции в реальных живых системах они, как правило, не представлены в чистом виде, а являются частями единой нейро-гуморальной системы регуляциифизиологических функций, деление которой на нервный и гуморальный компоненты весьма условно. Вместе с тем организм является сложнейшей иерархически упорядоченной системой, и регуляция его деятельности носит системный характер, т.е. не определяется простой арифметической суммой составляющих его элементов, а проявляется перестройкой всей совокупности взаимоотношений и взаимосвязей внутри системы. Очевидно, что механизмы реализации системного принципа регуляции весьма сложны и разнообразны, особенно принимая во внимание динамичность, то есть постоянную изменчивость организации и функций живой системы.
Так, регуляция жизнедеятельности высших животных в условиях низкой температуры окружающей среды не может быть сведена только к нейрогуморальным реакциям поддержания температуры тела. Динамическая перестройка метаболизма и функций затрагивает все без исключения органы и физиологические системы организма, меняется и характер питания, и образ жизни, и поведение. Изменения затрагивают не только биологическую, но и социальную сущность живой системы. Сенсорные, двигательные и ассоциативные системы мозга в совокупности с центральными аппаратами регуляции висцеральных функций и эндокринной системой обеспечивают системность регуляции жизнедеятельности с целью оптимального ее приспособления к условиям среды.
Наиболее полно отразить регуляторные процессы в организме позволяет теория функциональных систем П.К.Анохина.
Функциональная система– это динамическое структурно-функциональное образование, работа всех элементов которого направлена на достижение полезного для организма в целом результата (рис).
Функциональная система включает:
нервные центры, позволяющие не только оценивать состояние внешней и внутренней среды организма, но и формировать, реализовывать и контролировать программу процессов регуляции;
полезный для организма приспособительный результат. Специальные рецепторы постоянно оценивают этот результат, направляя информацию в нервные центры по каналам обратной связи;
механизмы регуляции – гуморальные, вегетативные и поведенческие с обязательным участием в регуляторных процессах метаболических реакций.
Свойства функциональных систем:
динамичность – одни и те же органы и ткани входят в состав различных систем;
способность к саморегуляции – системы изменяют свою работу (распадаются) после достижения требуемого результата;
наличие обратной связи, которая обеспечивает регуляцию системы.
Таким образом, все, и нервные и гуморальные, механизмы управления жизнедеятельностью организма являются звеньями сложного целостного реагирования, конечной целью которого является приспособление живой системы к среде обитания, т.е. адаптация.
Адаптация – процесс приспособления организма к меняющимся условиям среды – общеприродным и производственным, социальным. Адаптацией называют все виды врождённой и приобретённой приспособительной деятельности организмов с процессами на клеточном, органном, системном и организменному уровнях… Адаптация поддерживает постоянство внутренней среды организма, то естьгомеостаз.
Гомеостаз– совокупность реакций организма, направленных на поддержание постоянства внутренней среды организма. Относится и к организму в целом (АД, базальная температура тела, ОЦК), и к межклеточному пространству (содержание в крови кислорода, углекислоты, глюкозы и др.), и к клеткам (объем клеток и их органоидов, концентрация ионов, макроэргических соединений и др.). Показатели гомеостаза м.б.жесткиеипластические. Жесткие константы могут колебаться лишь в очень узком пределе (например, рН 7,32-7,34), пластические способны изменяться в широких пределах (например, уровень глюкозы в крови колеблется в пределах 80-120 ммоль/л).
Физиологическая норма– это среднестатистический показатель параметров и характеристик жизнедеятельности здоровых людей, а также интервалы, в пределах которых они изменяются в соответствии с гомеостазом. Понятие физиологической нормы во многих случаях является условным.
Гомеостаз, согласно автору этого термина Уолтеру Кэннону, не предполагает чего-то установленного и неподвижного, застывшего. Оно означает состояние, которое может меняться, но которое относительно постоянно. В связи с этим иногда понятие «гомеостаз» заменяют термином «гомеокинез».
Принципы регуляции физиологических функций
• Множественность регуляторных контуров. Одиночных регулирующих контуров в живых структурах не существует, практически всегда имеются комплексы взаимодействующих между собой механизмов внутри одиночной клетки, внутри органа или системы органов и на уровне организма. Например, инсулин понижает уровень глюкозы крови, в то время как адреналин и кортизол оказывают противоположный эффект.
• Избыточность гомеостатического регулирования зависит от важности жизненного параметра. Чем более важен жизненный показатель, тем больше систем в организме используется для его регуляции. Конечным результатом деятельности многих гомеостатических систем, контролирующих жизненные показатели, является постоянство параметров внутренней среды организма.
• Иерархия. Среди различных регуляторных контуров наблюдается иерархичность. Например, гипоталамус контролирует эндокринные функции клеток передней доли гипофиза, тропный гормон которой (АКТГ) в свою очередь контролирует функцию коры надпочечников, а выделяемый последней кортизол, принимает участие в поддержании (в дополнение к инсулину) уровня глюкозы в крови.
• Приоритеты. Поддержание постоянства внутренней среды — более важная задача, чем интересы клетки, группы клеток или отдельного органа. Так, во время жары температура тела поддерживается за счёт усиленного потоотделения и потерь тепла с испаряющимся потом. Однако образование и выделение пота однозначно уменьшает объём крови. Поскольку для организма объём крови — более важный жизненный показатель, чем поддержание температуры тела, то в какой-то критический момент системы, регулирующие объём крови, сигнализируют контролирующим температуру тела системам о необходимости уменьшения потообразования. Если температура среды при этом не изменяется, то развивается «тепловой удар».
Физиология человека. Под ред. В.М.Покровского. 2003.
Орлов А.Д., Ноздрачев А.Д. Нормальная физиология.
Агаджанян Н.А. Основы физиологии человека. 2007.
Физиология. Под ред. К.В.Судакова. 2000.
Начала физиологии. Под. Ред. А.Д.Ноздрачева. М., 2002.
Основы физиологии человека. В 3 кн. Под ред. Б.И.Ткаченко.С-Пб, 1994.