Какая система организма осуществляет нервную регуляцию. Нервная и гуморальная регуляция

Нервная регуляция осуществляется головным и спинным мозгом через нервы, которыми снабжены все органы нашего тела. На организм постоянно воздействуют те или иные раздражения. На все эти раздражения организм отвечает определенной деятельностью или, как принято говорить, происходит приспособление функции организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды. Так, понижение температуры воздуха сопровождается не только сужением кровеносных сосудов, но и усилением обмена веществ в клетках и тканях и, следовательно, повышением теплообразования.

Благодаря этому устанавливайся определенное равновесие между теплоотдачей и теплообразованием, не происходит переохлаждение организма, сохраняется постоянство температуры тела. Раздражение пищей вкусовых рецепторов рта вызывает отделение слюны и других пищеварительных соков, под воздействием которых происходит переваривание пищи. Благодаря этому в клетки и ткани поступают необходимые вещества, и устанавливается определенное равновесие между диссимиляцией и ассимиляцией. По такому принципу происходит регуляция и других функции организма.

Нервная регуляция носит рефлекторный характер. Раздражения воспринимаются рецепторами. Возникающее возбуждение из рецепторов по афферентным (чувствительным) нервам передается в центральную нервную систему, а оттуда по эфферентным (двигательным) нервам - в органы, которые осуществляют определенную деятельность. Такие ответные реакции организма на раздражения, осуществляемые через центральную нервную систему, называют рефлексами. Путь же, по которому возбуждение передается при рефлексе, носит название рефлекторной дуги.

Рефлексы имеют разнообразный характер. И.П. Павлов разделил все рефлексы на безусловные и условные. Безусловные рефлексы - это рефлексы врожденные, передающиеся по наследству. Примером таких рефлексов являются сосудодвигательные рефлексы (сужение или расширение сосудов в ответ на раздражение кожи холодом или теплом), рефлекс слюноотделения (выделение слюны при раздражении вкусовых сосочков пищей) и многие другие.

Гуморальная регуляция (Humor - жидкость) осуществляется через кровь и другие составляющие внутреннюю среду организма различные химические вещества. Примерами таких веществ являются гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, и витамины, поступающие в организм с пищей. Химические вещества разносятся кровью по всему организму и оказывают воздействие на различные функции, в частности на обмен веществ в клетках и тканях. При этом каждое вещество влияет на определенный процесс, происходящий в том или ином органе.

Например, в предстартовом состоянии, когда ожидается интенсивная физическая нагрузка, железы внутренней секреции (надпочечники) выделяют в кровь специальный гормон-адреналин, который способствует усилению деятельности сердечно-сосудистой системы.

Нервная система осуществляет регуляцию деятельности организма посредством биоэлектрических импульсов. Основными нервными процессами являются возбуждение и торможение, возникающие в нервных клетках. Возбуждение - деятельное состояние нервных клеток, когда они передают или направляют сами нервные импульсы другим клеткам: нервным, мышечным, железистым и другим. Торможение - состояние нервных клеток, когда их активность направлена на восстановление. Сон, например, является состоянием нервной системы, когда подавляющее число нервных клеток ЦНС заторможено.

Нервный и гуморальный механизмы регуляции функций взаимосвязаны. Так, нервная система оказывает регулирующее влияние на органы не только непосредственно через нервы, но также и через железы внутренней секреции, изменяя интенсивность образования гормонов в этих органах и поступление их в кровь. В свою очередь многие гормоны и другие вещества влияют на нервную систему.

Взаимосогласованность нервной и гуморальной реакции обеспечивается центральной нервной системой.

В живом организме нервная и гуморальная регуляция различных функций осуществляется по принципу саморегуляции, т.е. автоматически. По этому принципу регуляции поддерживается на определенном уровне кровяное давление, постоянство состава и физико-химических свойств крови, лимфы и тканевой жидкости, температуры тела, в строго согласованном порядке изменяется обмен веществ, деятельность сердца, дыхательной и других систем и органов.

Благодаря этому поддерживаются определенные сравнительно постоянные условия, в которых протекает деятельность клеток и тканей организма, или другими словами, сохраняется постоянство внутренней среды.

Таким образом, организм человека - это единая, целостная, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся биологическая система, обладающая определенными резервными возможностями. При этом нужно знать, что способность к выполнению физической и умственной работы может возрастать многократно, фактически не имея ограничений в своем развитии.

Человеческий организм находится в постоянном взаимодействии с окружающей средой. В таком же взаимодействии находятся и процессы внутри него. Регуляция всех процессов в организме, функционирование клеток, тканей и органов контролируется нервным и гуморальным механизмами регуляции.

Зачем человеку нужны эти механизмы?

Прежде чем разобраться, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции между собой, необходимо понять, а зачем они вообще нужны человеку. Неужели организм не может справиться без них?

Человек находится в постоянном взаимодействии с меняющимися факторами окружающей среды. И для нормальной жизнедеятельности ему необходимо приспосабливаться к ним. Например, при снижении температуры воздуха сосуды на периферии сужаются, чтобы уменьшить отдачу тепла через кожу. Вследствие этого предотвращается переохлаждение организма, устанавливается равновесие между продукцией и отдачей тепла.

Или, например, при употреблении пищи и раздражении вкусовых рецепторов на языке повышается слюноотделение и вырабатывается желудочный сок. Благодаря этому возможно переваривание пищи, что в свою очередь необходимо для обеспечения внутренних органов питательными веществами. И по такому же принципу регулируется функция всех внутренних органов. Поэтому нервная и гуморальная регуляции крайне важны для человеческого организма.

Особенности нервной регуляции

Чтобы понять, как нервная и гуморальная регуляция взаимодействуют между собой, нужно знать основные особенности каждой из них.

Нервная регуляция осуществляется за счет органов нервной системы: головного и спинного мозга, периферических нервов. Этот механизм осуществляется рефлекторно:

• Происходит раздражение окончания длинного отростка (аксона) нервной клетки - рецептора.
• Далее возбуждение по чувствительному аксону идет в центральную нервную систему (головной или спинной мозг).
• После обработки импульс доходит по двигательному нервному волокну до рабочего органа, который осуществляет свою функцию.

Этот механизм называется рефлексом, а цепь, по которой проходит импульс, - рефлекторной дугой. Осуществление рефлекторной деятельности не контролируется сознанием. Все рефлексы можно разделить на безусловные, или врожденные, и условные, то есть выработанные в течение жизни.

Особенности гуморальной регуляции

Вы правильно охарактеризуете действие нервной и гуморальной регуляции, зная особенности последней.

Гуморальная регуляция осуществляется посредством жидких сред организма (крови, спинномозговой жидкости, лимфы и прочее) при помощи специальных химических веществ. Эти вещества могут как поступать из внешней среды (витамины), так и вырабатываться в самом организме (гормоны). Характерно то, что каждый гормон регулирует строго отведенный для него процесс и взаимодействует только с конкретным типом рецепторов. Органы, функцию которых регулирует гормон, называют "органами-мишенями".

Основные отличия двух механизмов регуляции

Но более полно вы охарактеризуете действие нервной и гуморальной регуляции, только выделив ряд отличий между этими двумя механизмами:

• Во-первых, нервная система распространяет свой импульс по конкретным нервам к определенному органу. Именно на функционирование этого органа она и оказывает влияние. В то время как действие гуморальной регуляции генерализовано, гормоны разносятся по всему организму.
• Во-вторых, регуляция через нервную систему включается в работу быстрее, чем через гормоны, но гормональная, в свою очередь, действует дольше.

Кроме того, есть отличия и в диагностике состояния этих механизмов. В некоторых ситуациях, чтобы понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, проводится диагностика функционирования каждой из этих систем. Характерно то, что диагностика состояния нервной регуляции, осуществляемая при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ), чаще распространена, чем анализ крови для определения уровня гормонов.

Это связано с тем, что ЭЭГ абсолютно безопасна и безболезненна, и эмоции пациента не влияют на результат. А вот при анализе крови у многих пациентов появляется страх перед уколом, что вызывает повышение концентрации в крови гормонов стресса и в итоге искажает результат.

Нервная и гуморальная регуляция: таблица

Рассмотрим наглядно основные отличия.

В этой таблице поданы основные отличия при сравнении нервной и гуморальной регуляции, что должно упростить понимание этих двух процессов.

Пример взаимодействия

Несмотря на большой спектр различий между двумя описанными механизмами, они не работают изолированно друг от друга. Нервный механизм постоянно оказывает влияние на гуморальный, и наоборот. Чтобы лучше понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, приведем пример.

В головном мозге есть две структуры: гипоталамус и гипофиз. Каждая из них состоит из нервных клеток и при этом вырабатывает ряд гормонов. Между гипоталамусом и гипофизом есть прямая связь. Гипоталамус при помощи нервных импульсов, и нейрогормонов, меняет функцию гипофиза, заставляя его синтезировать биологически активные вещества. А гипофиз, в свою очередь, по механизму обратной связи меняет функцию гипоталамуса. Информация о том, что гипофиз синтезировал необходимые гормоны, поступает в гипоталамус и угнетает его функцию.

Надеемся, этот пример помог лучше понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, ведь эти два механизма являются основой жизнедеятельности человека.

Предмет физиологии, ее связь с другими науками

Физиология - это наука о функциях и механизмах деятельности клеток, тканей, органов, систем и всего организма в целом. Физиологическая функция - это проявление жизнедеятельности, имеющее приспособительное значение.

физиология как наука неразрывно связана с другими дисциплинами. Она базируется на знаниях физики, биофизики и биомеханики, химии и биохимии, общей биологии, генетики, гистологии, кибернетики, анатомии. В свою очередь, физиология является основой медицины, психологии, педагогики, социологии, теории и методики физического воспитания. В процессе развития физиологической науки из общей физиологии выделились различные ее частные разделы физиология труда, физиология спорта, авиакосмическая физиология, физиология подводного труда, возрастная физиология, психофизиология и др.

Общая физиология представляет собой теоретическую основу физиологии спорта. Она описывает основные закономерности деятельности организма людей разного возраста и пола, различные функциональные состояния, механизмы работы отдельных органов и систем организма и их взаимодействия. Ее практическое значение состоит в научном обосновании возрастных этапов развития организма человека, индивидуальных особенностях отдельных людей, механизмов проявления их физических и умственных способностей, особенностей контроля и возможностей управления функциональным состоянием организма. Физиология вскрывает последствия вредных привычек у человека, обосновывает пути профилактики функциональных нарушений и сохранение здоровья. Знания физиологии помогают педагогу и тренеру в процессах спортивного отбора и спортивной ориентации, в прогнозировании успешности соревновательной деятельности спортсмена, в рациональном построении тренировочного процесса, в обеспечении индивидуализации физических нагрузок и открывают возможности использования функциональных резервов организма.

Методы исследования в физиологии

Для изучения различных процессов и функций живого организма в физиологии используются методы наблюдения и эксперимента.

Наблюдение - метод получения информации путем непосредственной, как правило, визуальной регистрации физиологических явлений и процессов, происходящих в определенных условиях.

Эксперимент - метод получения новой информации о причинно-следственных отношениях между явлениями и процессами в контролируемых и управляемых условиях. Острым называется эксперимент, реализуемый относительно кратковременно. Хроническим называется эксперимент, протекающий длительно (дни, недели, месяцы, годы).

Метод наблюдения

Сущность этого метода заключается в оценке проявления определенного физиологического процесса, функции органа или ткани в естественных условиях. Это самый первый метод, который зародился еще в Древней Греции. В Египте при мумицифи- ровании трупы вскрывали и жрецы анализировали состояние различных органов в связи с ранее зафиксированными данными о частоте пульса, количестве и качестве мочи и другими показателями у наблюдаемых ими людей.

В настоящее время ученые, проводя исследования методом наблюдений, используют в своем арсенале ряд простых и сложных приборов (наложение фистул, вживление электродов), что позволяет надежнее определить механизм функционирования органов и тканей. Например, наблюдая за деятельностью слюнной железы, можно установить, какой объем слюны выделяется за определенный период суток, ее цвет, густоту и т.д.

Однако наблюдение явления не дает ответа на вопрос, каким образом осуществляются тот или иной физиологический процесс или функция.

Более широко наблюдательный метод применяют в зоопсихологии и этологии.

Экспериментальный метод

Физиологический эксперимент - это целенаправленное вмешательство в организм животного с целью выяснить влияние разных факторов на отдельные его функции. Такое вмешательство иногда требует хирургической подготовки животного, которая может носить острую (вивисекция) или хроническую (экспериментально-хирургическая) форму. Поэтому эксперименты подразделяются на два вида: острый (вивисекция) и хронический.

Экспериментальный метод, в отличие от метода наблюдения, позволяет выяснить причину осуществления какого-то процесса или функции.

Вивисекцию проводили на ранних этапах развития физиологии на обездвиженных животных без применения наркоза. Но начиная с XIX в. в остром эксперименте стали использовать общую анестезию.

Острый эксперимент имеет свои достойнства и недостатки. К достоинствам относится возможность моделировать разные ситуации и получать результаты в относительно короткий срок. К недостаткам относится то, что в остром эксперименте исключается влияние центральной нервной системы на организм при применении общей анестезии и нарушается целостность реагирования организма на разные воздействия. Кроме того, часто животных после острого эксперимента приходится усыплять.

Поэтому позднее были разработаны методыхронического эксперимента , при котором проводят длительное наблюдение за животными после оперативного вмешательства и выздоровления животного.

Академиком И.П. Павловым был разработан метод наложения фистул на полые органы (желудок, кишечник, мочевой пузырь). Использование фистульной методики позволило выяснить механизмы функционирования очень многих органов. В стерильных условиях анестезированному животному выполняют хирургическую операцию, позволяющую получить доступ к определенному внутреннему органу, вживляют фистульную трубку или выводят наружу и подшивают к коже проток железы. Непосредственно опыт начинают после заживления послеоперационной раны и выздоровления животного, когда физиологические процессы приходят в норму. Благодаря этой методике стало возможным длительно изучать картину физиологических процессов в естественных условиях.

Метод эксперимента, как и метод наблюдения, предусматривает использование простой и сложной современной аппаратуры, приборов, входящих в системы, предназначенные для воздействия на объект и регистрации различных проявлений жизнедеятельности.

Изобретение кимографа и разработка метода графической регистрации артериального давления немецким ученым К. Людвигом в 1847 г. открыло новый этап в развитии физиологии. Кимограф позволил осуществлять объективную запись изучаемого процесса.

Позднее были разработаны методы регистрации сокращения сердца и мышц (Т. Энгельман) и методика регистрации изменения сосудистого тонуса (плетизмография).

Объективнаяграфическая регистрация биоэлектрических явлений стала возможной благодаря струнному гальванометру, изобретенному голландским физиологом Эйнтховеном. Ему впервые удалось записать на фотопленке электрокардиограмму. Графическая регистрация биоэлектрических потенциалов послужила основой развития электрофизиологии. В настоящее время электроэнцефалографию широко используют в практике и научных исследованиях.

Важным этапом в развитии электрофизиологии явилось изобретение микроэлектродов. При помощи микроманипуляторов их можно вводить непосредственно в клетку и регистрировать биоэлектрические потенциалы. Микроэлектродная техника позволила расшифровать механизмы генерации биопотенциалов в мембранах клетки.

Немецкий физиолог Дюбуа-Реймон является основоположником метода электрического раздражения органов и тканей с помощью индукционной катушки для дозированного электрического раздражения живых тканей. В настоящее время для этого используют электронные стимуляторы, позволяющие получить электрические импульсы любой частоты и силы. Электростимуляция стала важным методом исследования функций органов и тканей.

К экспериментальным методам относится множество физиологических методов.

Удаление (экстирпация) органа, например определенной железы внутренней секреции, позволяет выяснить ее влияние на различные органы и системы животного. Удаление различных участков коры головного мозга позволило ученым выяснить их влияние на организм.

Современные успехи физиологии были обусловлены использованием радиоэлектронной техники.

Вживление электродов в различные участки мозга помогло установить активность различных нервных центров.

Введениерадиоактивных изотопов в организм позволяет ученым изучать метаболизм разных веществ в органах и тканях.

Томографический метод с использованием ядерного магнитного резонанса имеет очень важное значение для выяснения механизмов физиологических процессов на молекулярном уровне.

Биохимические ибиофизические методы помогают с высокой точностью выявлять различные метаболиты в органах и тканях у животных в состоянии нормы и при патологии.

Знание количественных характеристик различных физиологических процессов и взаимоотношений между ними позволило создать их математические модели. С помощью этих моделей физиологические процессы воспроизводят на компьютере и исследуют различные варианты реакций.

3. Этапы развития развития физиологии. Аналитический и системный поход к изучению функций организма.

В развитии физиологии условно выделяют два этапа:

до научный (до 1628 года);

научный (после 1628 года).

Донаучный этап развития физиологии. Представителями до научного этапа можно считать известных ученых древности Гиппократа, Авицену, Галена, Парацельса и многих других. Гиппократ и Гален, например, разработали представления о типах поведения человека (представления о холериках, сангвиниках, меланхоликах и флегматиках). Авицена разработал ряд оригинальных представлений об индивидуальном здоровье и способах его укрепления.

Научный этап развития физиологии.Датой начала научного этапа физиологии считают дату выхода в свет труда известного английского врача и физиолога Уильяма Гарвея «Анатомические исследования о движении сердца и крови у животных» (1628). В данной работе впервые У.Гарвей сформулировал представления о движении крови у животных по большому кругу кровообращения. При этом все данные были получены экспериментально с использованием нового для того времени метода-метода вивисекции (буквально термин вивисекция означает живосечение).

Важной вехой в развитии физиологии можно считать работы известного французского ученого Рене Декарта (1596-1650), который впервые сформулировал представления об отражательном механизме, который впоследствии был назван чешским ученым И.Прохазкой (1749-1820) рефлексом.

Аналитическая физиология рассматривала отдельные органы и их функции – способ организации деятельности этих органов, функциональное их значение в жизни организма.

Объединяя, интегрируя все добытые биологические знания, физиология обеспечивала системный подход к изучению жизнедеятельности организма, рассматривая его как сложную, целостную и динамическую систему, активно взаимодействующую с окружающей средой.

5.Общие свойства возбудимых тканей. Виды раздражителей

Особое место в физиологии отводится возбудимым тканям. Не все ткани в организме способны одинаково быстро отвечать на действия раздражителей. Только некоторые из них в процессе эволюции выработали это свойство -- быстрый ответ на действие раздражителя.

Под раздражителемпонимают любое изменение условий внешней и внутренней среды, если оно возникает внезапно, имеет достаточную силу, удерживается определенное время, вызывает обратимые изменения структуры и деятельности живых тканей и клеток. Процесс воздействия раздражителя на живые структуры называется раздражением.

Различают три группы раздражителей: физические, физико-химические и химические. Особо выделяют как раздражитель нервный импульс.

По физиологическому значению все раздражители подразделяют на адекватные и неадекватные. Адекватные -- это раздражители, которые действуют на организм и его структуры в естественных условиях, и структуры организма приспособлены к восприятию этого раздражителя. Неадекватные -- это раздражители, которые в естественных условиях не действуют на организм, и структуры организма не приспособлены к их восприятию. Поэтому такие раздражители чаще всего вызывают нарушение функции организма.

Ткани и клетки организма, специально приспособленные к осуществлению быстрых ответных реакций на действие раздражителя, называютсявозбудимыми тканями. К ним относятся нервная, железистая и мышечная ткани.

Возбудимые ткани обладают рядом специфических свойств: возбудимостью и проводимостью.

Возбудимость -- способность возбудимой ткани отвечать изменением структуры и деятельности на действие раздражителя, т.е. отвечать особой биологической реакцией, называемой возбуждением.

Возбуждение -- ответная реакция возбудимой ткани на действие возбудителя, проявляющаяся в совокупности физических, физико-химических, химических, метаболических процессов и изменений деятельности. Возбуждение -- волнообразный процесс, который проявляется в разных возбудимых тканях специфический образом: в мышечной -- сокращением, в железистой -- образованием и выделением секрета, в нервной -- возникновением и проведением нервного импульса.

Развитие возбуждения сопровождается кратковременным исчезновением возбудимости. Затем она быстро восстанавливается.

Обязательным и общим признаком возбуждения возбудимых тканей является возникновение биологического тока действия, т.е. биоэлектрических явлений.

Проводимость -- это свойство возбудимой ткани активно проводить волну возбуждения. Например, двигательный нерв кошки проводит возбуждение со скоростью 1200 см/с.

нервная и гуморальная регуляция функций. Особенности, знвчение.

Гуморальная регуляция осуществляется через жидкие среды организма (кровь (гумор), лимфу, межклеточную, цереброспинальную жидкости) с помощью различных биологически активных веществ, которые выделяются специализированными клетками, тканями или органами. Этот вид регуляции может осуществляться на уровне структур органа - местная саморегуляция, или обеспечивать генерализованные эффекты через систему гормональной регуляции. В кровь поступают химические вещества, образующиеся в специализированных тканях и обладающих специфическими функциями. Среди этих веществ различают: метаболиты, медиаторы, гормоны. Они могут действовать местно или дистантно. Например, продукты гидролиза АТФ, концентрация которых возрастает при повышении функциональной активности клеток, вызывают расширение кровеносных сосудов и улучшают трофику этих клеток. Особенно важную роль играют гормоны- продукты секреции специальных, эндокринных органов. К железам внутренней секреции относят: гипофиз, щитовидную и околощитовидные железы, островковый аппарат поджелудочной железы, кору и мозговое вещество надпочечников, половые железы, плаценту и эпифиз. Гормоны влияют на обмен веществ, стимулируют морфообразовательные процессы, дифференцировку, рост, метаморфоз клеток, включают определенную деятельность исполнительных органов, изменяют интенсивность деятельности исполнительных органов и тканей. Гуморальный путь регуляции действует относительно медленно, скорость ответной реакции зависит от скорости образования и секреции гормона, его проникновения в лимфу и кровь, скорости кровотока. Локальное действие гормона определяется наличием к нему специфического рецептора. Длительность действия гормона зависит от скорости его разрушения в организме. В различных клетках организма, в том числе и мозге, образуются нейропептиды, которые действуют на поведение организма, целый ряд различных функций и регулируют секрецию гормонов.

Нервная регуляция осуществляется посредством нервной системы, базируется на переработке информации нейронами и передаче ее по нервам. Имеет следующие особенности:

Большую скорость развития действия;

Точность связи;

Высокую специфичность - в реакции участвует строго определенное количество компонентов, необходимых в данный момент.

Нервная регуляция осуществляется быстро, с направленностью сигнала к определенному адресату. Передача информации (потенциалов действия нейронов) осуществляется со скоростью до 80-120 м/с без снижения амплитуды и потери энергии. Нервной регуляции подлежат соматические и вегетативные функции организма. Основной принцип нервной регуляции - рефлекс. Нервный механизм регуляции филогенетически возник позднее местного и гуморального и обеспечивает высокую точность, скорость и надежность ответной реакции. Он является наиболее совершенным механизмом регуляции.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-13

Первая древнейшая форма взаимодействия между клетками многоклеточных организмов - это химическое взаимодействие посредством продуктов обмена веществ, поступающих в жидкости организма. Такими продуктами , или метаболитами, служат продукты распада белков, углекислота и др. Это гуморальная передача влияний, гуморальный механизм корреляции или связи между органами.

Гуморальная связь характеризуется следующими особенностями. Во-первых, отсутствием точного адреса, по которому направляется химическое вещество, поступающее в или другие жидкости тела. Химическое вещество может, следовательно, действовать на все органы и . Его действие не локализовано, не ограничено определенным местом. Во-вторых, химическое вещество распространяется относительно медленно. И, наконец, в-третьих, оно действует в ничтожных количествах и обычно быстро разрушается или выводится из организма. Гуморальные связи являются общими и для мира животных и мира растений.

Нервная и гуморальная регуляция

На следующем этапе развития живых существ появляются специальные органы - железы, в которых вырабатываются гуморально действующие вещества - гормоны, образующиеся из поступающих в организм пищевых веществ. Так, например, гормон адреналин образуется в надпочечниках из аминокислоты - тирозина. Это гормональная регуляция.

Основная функция нервной системы заключается в регуляции взаимодействия организма как единого целого с окружающей его внешней средой и в регуляции деятельности отдельных органов и связи между органами.

Нервная система усиливает или тормозит деятельность всех органов не только волнами возбуждения или нервными импульсами, но и посредством поступления в кровь, лимфу, спинномозговую и тканевую жидкости медиаторов, гормонов и метаболитов, или продуктов обмена веществ. Эти химические вещества действуют на органы и на нервную систему. Таким образом, в естественных условиях не существует исключительно нервная регуляция деятельности органов, а нервно-гуморальная.

Возбуждение нервной системы имеет биохимическую природу. По ней волнообразно распространяется сдвиг обмена веществ, при котором ионы избирательно проходят через мембраны, в результате чего образуется разность потенциалов между участками, находящимися в состоянии относительного покоя и возбужденными, и возникают . Эти токи, называются биотоками , или биопотенциалами , распространяются по нервной системе и вызывают возбуждение в последующих ее участках.

У простейших одноклеточных животных одна единственная клетка осуществляет разнообразные функции. Усложнение же дея­тельности организма в процессе эволюции привело к разделению функций различных клеток - их специализации. Для управления такими сложными многоклеточными системами уже было недоста­точно древнего способа-переноса регулирующих жизнедеятель­ность веществ жидкими средами организма.

Регуляция различных функций у высокоорганизованных животных и человека осуществляется двумя путями: гуморальным (лат. гумор -жидкость) - через кровь, лимфу и тканевую жидкость и не­рвны м.

Возможности гуморальной регуляции функций ограничены тем, что она действует сравнительно медленно и не может обеспе­чить срочных ответов организма (быстрых движений, мгновен­ной реакции на экстренные раздражители). Кроме того, гумо­ральным путем происходит широкое вовлечение различных ор­ганов и тканей в реакцию (по принципу «Всем, всем, всем!»). В отличие от этого, с помощью нервной системы возможно быстрое и точное управление различными отделами целостного организма, доставка сообщений точному адресату. Оба эти механизма тесно свя­заны, однако ведущую роль в регуляции функций играет нервная система.

В регуляции функционального состояния органов и тканей прини­мают участие особые вещества - нейропептиды, выделяемые

железой внутренней секреции гипофизом и нервными клетками спинного и головного мозга. В настоящее время известно около сот­ни подобных веществ, которые являются осколками белков и, не вызывая сами возбуждения клеток, могут заметно изменять их функциональное состояние. Они влияют на сон, процессы обучения и памяти, на мышечный тонус (в частности, на позную асиммет­рию), вызывают обездвижение или обширные судороги мышц, об­ладают обезболивающим и наркотическим эффектом. Оказалось, что концентрация нейропептидов в плазме крови у спортсменов может превышать средний уровень у нетренированных лиц в 6-8 раз, повышая эффективность соревновательной деятельности. В условиях чрезмерных тренировочных занятий происходит истоще­ние нейропептидов и срыв адаптации спортсмена к физическим на­грузкам.

РЕФЛЕКТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

В деятельности нервной системы основным является рефлектор­ный механизм. Рефлекс - это ответная реакция организма на внешнее раздражение, осуществляемая с участием нервной сис­темы.

Нервный путь рефлекса называется рефлекторной дугой. В состав рефлекторной дуги входят: 1) воспринимающее образова­ние - рецептор, 2) чувствительный или афферентный нейрон, свя­зывающий рецепторе нервными центрами, 3) промежуточные (или вставочные) нейроны нервных центров, 4) эфферентный нейрон, связывающий нервные центры с периферией, 5) рабочий орган, от­вечающий на раздражение - мышца или железа.

Наиболее простые рефлекторные дуги включают всего две не­рвные клетки, однако множество рефлекторных дуг в организме состоят из значительного количества разнообразных нейронов, рас­положенных в различных отделах центральной нервной системы. Выполняя ответные реакции, нервные центры посылают команды к рабочему органу (например, скелетной мышце) через эфферент­ные пути, которые выполняют роль так называемых к а н а л о в прямой связи. В свою очередь, в ходе осуществления рефлек­торного ответа или после него рецепторы, находящиеся в рабочем органе, и другие рецепторы тела посылают в центральную нервную систему информацию о результате действия. Афферентные пути этих сообщений - каналы обратной связи. Полученная информация используется нервными центрами для управления дальнейшими действиями, т. е. прекращением рефлекторной реак­ции, ее продолжением или изменением. Следовательно, основу

целостной рефлекторной деятельности составляет не отдельная реф­лекторная дуга, а замкнутое рефлекторное кольцо, образованное прямыми и обратными связями нервных центров с пе­риферией.

ГОМЕОСТАЗ

Внутренняя среда организма, в которой живут все его клетки, - это кровь, лимфа, межтканевая жидкость. Ее характеризует от­носительное постоянство - гомеостаз различных показателей, так как любые ее изменения приводят к нарушению функций кле­ток и тканей организма, особенно высокоспециализированных клеток центральной нервной системы. К таким постоянным пока­зателям гомеостаза относятся температура внутренних отделов тела, сохраняемая в пределах 36-37° С, кислотно-основное равновесие крови, характеризуемое величиной рН = 7.4-7.35, осмотическое дав­ление крови (7.6-7.8 атм.), концентрация гемоглобина в крови - 130-160 г. ּлֿ¹ и др.

Гомеостаз представляет собой не статическое явление, а динами­ческое равновесие. Способность сохранять гомеостаз в условиях по­стоянного обмена веществ и значительных колебаний факторов внешней среды обеспечивается комплексом регуляторных функ­ций организма. Эти регуляторные процессы поддержания динами­ческого равновесия получили название гомеокинеза.

Степень сдвига показателей гомеостаза при существенных ко­лебаниях условий внешней среды или при тяжелой работе у боль­шинства людей очень невелика. Например, длительное изменение рН крови всего на 0.1 -0.2 может привести к смертельному исходу. Однако, в общей популяции имеются отдельные индивиды, обла­дающие способностью переносить гораздо большие сдвиги показа­телей внутренней среды. У высококвалифицированных спортсме­нов-бегунов в результате большого поступления молочной кисло­ты из скелетных мышц в кровь во время бега на средние и длинные дистанции рН крови может снижаться до величин 7.0 и даже 6.9. Лишь несколько человек в мире оказались способными подняться на высоту порядка 8800 м над уровнем моря (на вершину Эвереста) без кислородного прибора, т. е. существовать и двигаться в услови­ях крайнего недостатка кислорода в воздухе и, соответственно, в тканях организма. Эта способность определяется врожденными особенностями человека - так называемой его генетической нор­мой реакции, которая даже для достаточно постоянных функцио­нальных показателей организма имеет широкие индивидуальные различия.

2.5. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ЕГО ПРОВЕДЕНИЕ 2.5.1. МЕМБРАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

Мембрана клетки состоит из двойного слоя молекул липидов, по­вернутых «головками» наружу, а «хвостами» друг к другу. Между ними свободно плавают глыбы белковых молекул. Некоторые из них пронизывают мембрану насквозь. В части таких белков имеются, особые по­ры или ионные каналы, через которые могут проходить ионы, участвующие в образовании мембранных потенциалов (рис. I -А).

В возникновении и поддержании мембранного потенциала покоя основную роль играют два специальных белка. Один из них выполняет роль особогонатрий- калиевого насоса, который за счет энергии АТФ активно перекачивает натрий из клетки наружу, а калий внутрь клетки. В результате концентрация ионов калия стано­вится внутри клетки выше, чем в омывающей клетку жидкости, а ионов натрия - выше снаружи.

Рис. 1. Мембрана возбудимых клеток в покое (А) и при возбуждении (Б).

(По: Б.Альберте и др., 1986)

а - двойной слой липидов, б - белки мембраны.

На А: каналы «утечки калия» (1), «натрий-калиевый насос» (2)

и закрытый в покое натриевый канал (3).

На Б: открытый при возбуждении натриевый канал (1), вхождение ионов натрия в клетку и смена зарядов на наружной и внутренней стороне

мембраны.

Второй белок служит каналом утечки калия, через который ионы калия в силу диффузии стремятся выйти из клетки, где они содержатся в избытке. Ионы калия, выходя из клетки, созда­ют положительный заряд на наружной поверхности мембраны. В ре­зультате внутренняя поверхность мембраны оказывается заряжен­ной отрицательно по отношению к наружной. Таким образом, мемб­рана в состоянии покоя поляризована, т. е. имеется определенная раз­ность потенциалов по обе стороны мембраны, называемая потен­циалом покоя. Она равна для нейрона примерно минус 70 м В, для мышечного волокна - минус 90 мВ. Измеряют мембранный потен­циал покоя, вводя тонкий кончик микроэлектрода внутрь клетки, а второй электрод помещая в окружающую жидкость. В момент про­кола мембраны и вхождения микроэлектрода внутрь клетки на экра­не осциллографа наблюдают смещение луча, пропорциональное ве­личине потенциала покоя.

В основе возбуждения нервных и мышечных клеток лежит повыше­ние проницаемости мембраны для ионов натрия - открывание натриевых каналов. Внешнее раздражение вызывает перемещение заряженных частиц внутри мембраны и уменьшение исходной раз­ности потенциалов по обе стороны или деполяризацию мем­браны. Небольшие величины деполяризации приводят к открыва­нию части натриевых каналов и незначительному проникновению натрия внутрь клетки. Эти реакции являются подпороговыми и вы­зывают л и ш ь местные (локальные) изменения.

При увеличении раздражения изменения мембранного потенциала достигают порога возбудимости или критического уровня деполяризации - около 20 мВ, при этом величина потенциала покоя снижается примерно до минус 50 мВ. В результате открывается значительная часть натриевых каналов. Происходит ла­винообразное вхождение ионов натрия внутрь клетки, вызывающее резкое изменение мембранного потенциала, которое регистрируется в виде потенциала действия. Внутренняя сторона мембраны в месте возбуждения оказывается заряженной положительно, а вне­шняя - отрицательно (рис. 1 -Б).

Весь этот процесс чрезвычайно кратковременный. Он занимает всего около

1-2 мс, после чего ворота натриевых каналов закрываются. К этому моменту достигает большой величины медленно нараставшая при возбуждении проницаемость для ионов калия. Выходящие из клетки ионы калия вызывают быстрое снижение потенциала дей­ствия. Однако окончательное восстановление исходного заряда про­должается еще некоторое время. В связи с этим в потенциале действия различают кратковременную высоковольтную часть - пик (или с п а й к) и длительные малые колебания - следовые потенциалы. Потенциалы действия мотонейронов имеют амплитуду пика около

100 мВ и длительность около 1.5 мс, в скелетных мышцах - амплитуда потенциала действия 120-130 мВ, адлительность2-3 мс.

В процессе восстановления после потенциалайействия работа натрий-калиевого насоса обеспечивает «откачку» излишних ионов натрия наружу и «накачивание» потерянных ионов калия внутрь, т. е. возвращение к исходной асимметрии их концентрации по обе стороны мембраны. На работу этого механизма тратится около 70% всей необходимой клетке энергии.

Возникновение возбуждения (потенциаладействия) возможно лишь при сохранении достаточного количества ионов натрия в окру­жающей клетку среде. Большие потери натрия организмом (напри­мер, с потом при длительной мышечной работе в условиях высокой температуры воздуха) могут нарушить нормальную деятельность не­рвных и мышечных клеток, снизив работоспособность человека. В условиях кислородного голодания тканей (например, при наличии большого кислородного долга во время мышечной работы) процесс возбуждения также нарушается из-за поражения (инактивации) меха­низма вхождения в клетку ионов натрия, и клетка становится невозбу­димой. На процесс инактивации натриевого механизма влияет кон­центрация ионов Са в крови. При повышении содержания Са сни­жается клеточная возбудимость, а при дефиците Са возбудимость повышается, и появляются непроизвольные мышечные судороги.