ОРГАНІЗМ ЯК САМОРЕГУЛЮЮЧА СИСТЕМА. ГОМЕОСТАЗ

Всі органи, системи і апарати органів пов'язані між собою анатомічно і функціонально в єдине ціле - організм, головна функція якого - життя. Складна система людського організму має здатність регулювати своє існування. Саморегуляція людського організму спрямована на підтримання сталості внутрішнього середовища, що забезпечує оптимальне протікання процесів життєдіяльності, і на адаптацію організму до умов зовнішнього середовища, що забезпечує виживання людини як індивідуума і як біологічного виду.

Системи саморегуляції діють на всіх рівнях організації цілісного організму. Організм є сумою складових його органів, тканин і клітин, і від їх оптимального функціонування залежить оптимальне функціонування організму як цілого. У той же час адаптивні можливості цілісного організму створюють найбільш сприятливі умови для життєдіяльності окремих структур.

Вперше думка про саморегуляції як основі фізіологічної стабільності була сформульована французьким фізіологом Клодом Бернаром в 1857 р .: «Сталість внутрішнього середовища є обов'язковою умовою вільного життя». Сталість якісного та кількісного складу живої системи отримало найменування гомеостазу (від грец. Homoios - подібний, той же самий; stasis - стан, нерухомість), воно властиво не тільки біологічним, а й більшості соціальних систем. У фізіології під гомеостазом розуміють відносне динамічну постійність внутрішнього середовища (обміну речовин, водно-електролітного і кислотно-лужної рівноваги), необхідне для сталого функціонування основних фізіологічних систем організму (кровообігу, дихання, терморегуляції, обміну речовин і т.д.). Внутрішні механізми регуляції, що забезпечують оптимальний рівень функціонування клітин, органів і систем цілісного організму, отримали найменування гомеостатических.

Вивчення гомеостазу направлено на питання регулювання і саморегулювання фізіологічних функцій, взаємозв'язку нервових і гуморальних компонентів регуляції, циклічного та фазного протікання фізіологічних процесів, а також реакцій компенсації. Рамки гомеостатических реакцій можуть бути жорсткими або рухомими, можуть залежати від вікових, статевих, соціальних, професійних, індивідуальних чинників.

Однією з найважливіших систем підтримки гомеостазу є серцево-судинна система. Її функція полягає не тільки в підтримці заданого обсягу крові і розподіл її по судинах, а й у зміні кровопостачання відповідно до зміни потреб тканин в кисні при різних навантаженнях. Недостатнє постачання тканин киснем може бути причиною кисневого голодування і загибелі клітин. Крім того, кров бере участь у підтримці кислотно-лужної рівноваги і в гуморальній регуляції функцій органів і систем, переносячи гормони і інші біологічно активні речовини від ендокринних залоз до органів.

Система дихання також виконує важливі гомеостатичні функції: вентиляцію, легеневий кровообіг, дифузію газів через альвеолярно-капілярну мембрану, транспорт газів кров'ю і тканинне дихання. Забезпечення газообміну між організмом і навколишнім середовищем повинно бути адекватно змінюється швидкості обмінних процесів і пов'язаної з нею швидкості споживання клітинами кисню. Тому регуляція системи дихання повинна бути спрямована на підтримання постійного рівня кисню і вуглекислоти в умовах, що змінюються життєдіяльності, що вимагає тісного зв'язку з іншими системами, в першу чергу з серцево-судинної.

Головна функція ниркової системи - екскреторна (видільна). Вона спрямована на збереження водно-електролітного (водно-сольового) балансу, кислотно-лужної рівноваги і видалення з організму продуктів обміну речовин. Водно-електролітний баланс займає в підтримці гомеостазу найважливіше місце. Вода становить основну масу більшості живих організмів, входить до складу клітин і міжклітинної простору, є розчинником більшості речовин, що беруть участь в обмінних процесах, і сама бере участь в біохімічних реакціях. Всі біохімічні рідини являють собою водні розчини солей і колоїдів, що володіють властивостями електролітів. Функції цих розчинів різноманітні: участь в біохімічних реакціях, збереження осмотичного тиску, підтримку кислотно-лужної рівноваги (збереження сталості pH рідких середовищ організму як основи для протікання біохімічних реакцій).

Процеси гомеостазу спрямовані насамперед на підтримання сталості внутрішнього середовища організму, а регуляція зовнішніх дій - на підтримку рівноваги організму з навколишнім середовищем. Разом вони утворюють складну систему, що дозволяє організму задовольняти свої потреби, жити і продовжувати свій біологічний вид.

Розглянемо спрощену схему процесів саморегулювання організму. Інформацію про стан навколишнього світу і про внутрішнє середовище організм отримує за допомогою датчиків-рецепторів - органів почуттів, що володіють модальної (виборчої) чутливістю до певних дій (зоровим, слуховим, температурним, гравітаційним). Вся інформація про стан зовнішнього середовища і її зміни надходить в центральну нервову систему, яка виконує кілька ролей одночасно. Проводячи аналогію з роботою комп'ютера, їх можна позначити як базу даних, центральний процесор, оперативну пам'ять, програми обробки інформації, збережену інформацію. Туди ж надходить інформація від рецепторів, розташованих усередині нашого тіла, - «датчиків» тиску, вмісту вуглекислого газу і кисню, кислотності різних біологічних рідин, напруження м'язів і ін.

Коли ситуація з якихось причин змінилася і вимагає відповідних реакцій на системному рівні, організм робить дія, спрямована на стабілізацію системи. Наприклад, почуття голоду зумовлено зниженням рівня глюкози в крові, інформація про який досягла клітин головного мозку і послужила підставою для посилення активності травного тракту (посилюється секреція шлункового соку і перистальтика кишечника). При цьому органи зору і пов'язані з ними відділи центральної нервової системи фіксують продукти харчування, а зіставлення їх образів з зберігаються в базі пам'яті моделями вказує, що вони дають можливість вгамувати голод. В цьому випадку центральна нервова система віддає розпорядження виконавчим (ефек- раторних) органам здійснити необхідні дії, що призводять до насичення і відновлення рівня глюкози в крові. Таким чином, мета саморегульованої системи - усунення причини змін гомеостазу (зниження в крові рівня глюкози, необхідної всім клітинам як джерело енергії) - виявляється досягнутою. У наведеному спрощеному випадку вона досягається легко - достатньо взяти і з'їсти продукт, що знаходиться в полі зору. Більш складні сценарії дій, засновані на таких спонукальні мотиви, як любов і прагнення до продовження виду, сімейні цінності, дружба, потреба в безпеці, самоствердженні, тяга до нового і прагнення до краси, мають у своїй основі подібну структуру. Вростаючи в психологічні та соціальні механізми існування людини, вони створюють основу розвитку людської цивілізації, залишаючись незмінними з давньої історії до наших днів.

Дія передбачає рух, отже, при досягненні будь-якої мети зростає потреба в енергії, «видобувається» в процесі обміну речовин. Для забезпечення системи енергією потрібні мобілізація доступних запасів поживних речовин, посилення кровообігу, дихання і деяких інших функцій. Будь-яке підвищення активності обміну речовин зрушує рівновагу в системі, тому необхідна активізація механізмів підтримки гомеостатичного рівноваги, які теж потребують значних кількостях енергії для своєї діяльності. Таким чином, організм як саморегулююча система постійно потребує надходження енергії, без якої підтримання гомеостазу стане неможливим.

Організм як сложноорганизованная система має не один, а кілька шляхів регуляції, насамперед гуморальний і нервовий. Гуморальна регуляція (від лат. Humor - рідина) здійснюється гормонами, медіаторами, іонами, продуктами обміну, які виділяються одними клітинами в кров, лімфу або тканинну рідину і діючими на інші клітини і органи, змінюючи їх роботу. Провідне місце в цій системі належить залозам внутрішньої секреції. Швидкість гуморальної регуляції визначається швидкістю руху крові по судинах - від 0,005 до 0,5 м / с, тобто вона дозволяє здійснити повільну перебудову роботи органів. Нервова регуляція - регуляція за допомогою нервової системи - здійснюється рефлекторно і значно швидше (швидкість передачі імпульсу в нервовій системі досягає 120-140 м / с). Нейрогуморальна регуляція об'єднує всі функції організму, завдяки чому він існує як єдине ціле, хоча кожна його клітина має свою внутрішню систему регуляції.

Можна виділити основні структурно-функціональні блоки організму як саморегульованої системи:

  • • чутливі закінчення - рецептори, що несуть інформацію про стан зовнішнього і внутрішнього середовища;
  • • центральний «процесор» - відділи центральної нервової системи, що відповідають за обробку та зберігання інформації;
  • • нервова і гуморальна регуляція - центральні механізми управління системою;
  • • ефекторні (виконавчі) органи;
  • • «енергетичний блок» - забезпечення структур системи енергією, необхідною для здійснення процесів, що відбуваються;
  • • «гомеостатический блок» - контроль за сталістю внутрішнього середовища;
  • • оболонка, що відділяє і захищає організм, а також забезпечує обмін енергією та інформацією з середовищем.

Ці блоки включають в себе тканини і органи різних систем організму і постійно обмінюються інформацією. У підсумку вся система реагує на будь-які зміни внутрішнього і зовнішнього середовища як цілісний організм. Подання про гомеостазі не відповідає уявленню про стійкій рівновазі в організмі - принцип рівноваги непріложім до складних фізіологічним і біохімічним процесам, що протікають в живих системах. Швидше можна говорити про принцип динамічної рівноваги між внутрішніми процесами системи і її рухом у зовнішньому середовищі.

Вікові особливості гомеостазу. Дитячий організм знаходиться в постійних процесах росту і формування, тому в ньому засвоєння речовин повинно стійко переважати над їх розщепленням і виведенням. У зв'язку з цим регуляція гомеостазу дитячого організму виявляється значно більш напруженою, ніж у дорослих. Тому в дитячому віці значно частіше, ніж у дорослих, зустрічаються порушення гомеостазу, нерідко загрожують життю. Вони обумовлені незрілістю функції нирок, кровоносної системи, шлунково-кишкового тракту і легенів, знижує можливості адаптації організму до змін зовнішнього і внутрішнього середовища. Це виражено більшою мірою у дітей молодшого віку, а у недоношених немовлят перших місяців життя може приймати критичний характер, коли кожне коливання умов зовнішнього середовища призводить до значних порушень життєдіяльності організму.

Одним з основних факторів гомеостазу є обмін в організмі води і розчинених в ній мінеральних солей (водно-сольовий баланс).

Зростання дитини і збільшення його маси супроводжується виразними змінами розподілу води в організмі. Система регуляції водного балансу є недосконалою і не може повністю забезпечувати сталість водного балансу. Високий вміст води в тканинах у новонароджених і дітей раннього віку призводить до високої потреби дитини у воді (в розрахунку на одиницю маси тіла), а її втрати або обмеження швидко ведуть до обезводнення організму. Нирки дитини - головні виконавчі органи в системі регуляції обсягу рідини - через незрілість механізмів фільтрації сечі не забезпечують економії води. Крім цього, значні (більш істотні, ніж у дорослих) втрати води при диханні і через поверхню шкіри створюють додаткові передумови для зневоднення організму, що порушує всі метаболічні процеси, а іноді і загрожує життю дитини.

Порушення гомеостазу, які проявляються гіперосмосом (підвищеною концентрацією солей у внутрішньоклітинної та позаклітинної рідини), особливо часто зустрічаються у дітей періоду новонародженості і перших місяців життя; в більш старшому віці починає переважати гіноосмос, виявляється надмірним вмістом рідини в тканинах і приводить до їх набряклості. Крім того, незрілість функції нирок створює передумови для розвитку ацидозу (зсуву кислотно-лужної рівноваги в організмі в бік кислотності), що створює несприятливі умови для обмінних процесів в організмі. Все це призводить до легкого виникнення розладів, що стоять на межі між фізіологічними і патологічними (хворобливими).

Гормональна перебудова в періоді статевого дозрівання також призводить до змін гомеостазу. Однак в цьому віці зрушення в обміні речовин легше компенсуються, так як гомеостатические системи підлітка наближаються за рівнем зрілості до таких у дорослих.

Сталість гомеостазу в різні вікові періоди підтримується через різні механізми регулювання. Наприклад, сталість рівня артеріального тиску в молодому віці підтримується за рахунок більш високого серцевого викиду і низького загального периферичного опору судин, а в похилому і старечому - за рахунок більш високого загального периферичного опору і зменшення величини серцевого викиду. У період старіння відбувається не тільки згасання і порушення багатьох процесів в організмі, але і розвиток специфічних для цього вікового етапу пристосувальнихмеханізмів (регуляція рівня вмісту цукру в крові, кислотно-лужної рівноваги крові, осмотичного тиску та ін.). Однак ці механізми мають менші потенційними можливостями, що підвищує ймовірність зриву адаптаційних механізмів і порушення гомеостазу при стресах і (або) підвищених навантаженнях.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >