Организм – сложная открытая саморегулирующаяся система

Размещено на http://www.allbest.ru/

Организм - сложная открытая саморегулирующаяся система

Введение

Живой организм представляет собой, с одной стороны, сложнейшую многоэлементную систему, и совокупность иерархически связанных систем, с другой. Под системой вообще понимают комплекс взаимозависимых, но в то же время относительно самостоятельных элементов или процессов, объединяемых выполнением определенной функции. Так, организм в целом во всем многообразии его взаимосвязей с внешней средой и выполняемых функций как самостоятельное образование является живой системой. В то же время организм представляет собой сложную иерархию (т.е. взаимосвязь и взаимоподчиненность) систем, составляющих уровни его организации: молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой, органный, системный и организменный.

Известно, что человек как объект живой природы рассматривается в диалектическом единстве двух структур - биологической (организменной) и социальной (личностной). Как биологическая подструктура он может находиться в трех состояниях: нормальном (здоровье), преморбидном (предболезнь) и патологическом (болезнь).

Благодаря тому, что физиологические функции обладают удивительной устойчивостью, человек, даже в самых напряженных жизненных ситуациях, остается практически здоровым. Функциональная устойчивость заложена в самой природе человека, она обеспечивается механизмами саморегуляции, т.е. такой формой взаимодействия в организме, при которой отклонение рабочего режима от нормы, побуждает организм к возвращению его к исходному уровню. Это замечательное свойство организма было открыто и изучено выдающимися корифеями физиологии И.П. Павловым, В. Кенноном, У. Эшби, П.К. Анохиным и др.

Академик П.К. Анохин установил, что саморегуляция осуществляется с помощью нервных и гуморальных механизмов, благодаря чему в организме поддерживаются постоянная температура тела, уровень газового состава крови, питательные вещества, кровяное давление и другие важнейшие показатели состояния внутренней среды. Все это составляет так называемый гомеостаз.

1. Организм - сложная открытая саморегулирующаяся система

Вся система регуляции физиологических функций организма представляет собой иерархическую структуру трех уровней.

Первый или низший уровень системы регуляции состоит из относительно автономных локальных систем, поддерживающих физиологические константы, задаваемые собственными метаболическими потребностями или более высокими уровнями регуляции. Так поддерживается, например, осмотическое давление крови, вентиляционно-перфузионные отношения в легких, тканевой кровоток. Для реализации механизмов этого уровня не обязательны сигналы из управляющего устройства центральной нервной системы, они обеспечиваются местными реакциями и носят поэтому название «местная саморегуляция».

Второй уровень системы регуляции осуществляет приспособительные реакции в связи с изменениями внутренней среды. На этом уровне задается величина физиологических параметров, которые в дальнейшем могут поддерживаться системами первого уровня. Здесь подбирается оптимальный режим работы физиологических систем для адаптации организма к внешней среде. Например, выполнение физической работы или даже подготовка к ней требует увеличенного снабжения мышц кислородом, что обеспечивается усилением внешнего дыхания, поступлением в кровь депонированных эритроцитов и повышением артериального давления.

Третий или высший уровень системы регуляции обеспечивает выработку критериев оценки состояния внутренней и внешней среды, настройку режимов работы первого и второго уровней, гарантирующих в итоге изменение вегетативных функций и поведения организма с целью оптимизации его жизнедеятельности.

На всех трех уровнях структурной организации системы регуляции возможны два типа регуляции: по возмущению и по отклонению. Регуляция по возмущению (саморегуляция по входу) системы возможна только для открытых систем, имеющих связи с внешней средой. Этот тип регуляции включается в тех случаях, когда на живую систему оказывает воздействие внешний для нее фактор, меняющий условия ее существования.

Например, регуляция дыхания обычно обеспечивает оптимальную для метаболизма клеток взаимосвязь процессов газообмена в легких, транспорта газов кровью и газообмена крови с клетками в тканях. Физическая же нагрузка, не являющаяся частью структуры приведенной системы (внешняя для нее), представляет собой возмущающее воздействие и, поскольку физическая нагрузка ставит новые условия в виде повышенной потребности мышц в кислороде, реализуется регуляция по возмущению, меняющая интенсивность составляющих дыхание процессов.

В том же примере регуляция дыхания по возмущению возникает при изменении состава атмосферного воздуха или его давления. Она отличается опережающим характером реагирования, т.е. эффект возмущающего воздействия прогнозируется и организм заранее к нему готовится. Так, активация системы дыхания при физической нагрузке происходит до того, как усиленно работающие мышечные клетки начинают испытывать недостаток кислородного обеспечения и для того, чтобы не допустить их кислородного голодания.

Регуляция по отклонению (саморегуляция по выходу системы) обеспечивается сравнением имеющихся параметров реакции физиологических систем с требующимися в конкретных условиях, определением степени рассогласования между ними и включением исполнительных устройств для устранения этого рассогласования. Частным примером регуляции по отклонению является поддержание физиологических констант внутренней среды. Стоит только отклониться от заданного уровня и повыситься в крови напряжению углекислого газа из - за недостаточного его удаления через легкие или повышенного образования в тканях, как начнут реализовываться регуляторные механизмы. Речь идет о комплексе реакций первого, второго и третьего уровней, необходимых для устранения этого сдвига: образование углекислоты и бикарбоната натрия, связывание водородных ионов буферными системами, повышение выведения протонов через почки, активация дыхания для выведения углекислого газа во внешнюю среду.

Регуляция по отклонению требует наличия канала связи между выходом системы регуляции и ее центральным аппаратом управления и даже между выходом и входом системы регуляции. Этот канал получил название обратной связи. По сути, обратная связь есть процесс влияния результата действия на причину и механизм этого действия. Именно обратная связь позволяет регуляции по отклонению работать в двух режимах: компенсационном и слежения. Компенсационный режим обеспечивает быструю корректировку рассогласования реального и оптимального состояния физиологических систем при внезапных влияниях среды, т.е. оптимизирует реакции организма. При режиме слежения регуляция осуществляется по заранее заданным программам, а обратная связь контролирует соответствие параметров деятельности физиологической системы заданной программе. Если возникает отклонение - реализуется компенсационный режим.

Эффект обратной связи всегда запаздывает, т.к. она включает компенсационный режим уже после того как произошло рассогласование. Поэтому в центральном аппарате управления системы регуляции обычно заложен еще один механизм контроля, позволяющий получать информацию не об уже полученных параметрах деятельности, а осуществляющий сравнение сигналов, посылаемых к исполнительным устройствам, с сигналами, требуемыми для заданной программы. Этот механизм контроля свойственен третьему уровню системы регуляции и осуществляется центральной нервной системой.

По конечному эффекту регуляции обратная связь может быть положительной и отрицательной.

Положительная обратная связь означает, что выходной сигнал системы регуляции усиливает входной, активация какой-либо функции вызывает усиление механизмов регуляции еще больше ее активирующих. Такая обратная связь усиливает процессы жизнедеятельности. Например, прием пищи и поступление ее в желудок усиливают отделение желудочного сока, необходимого для гидролиза веществ. Появляющиеся в желудке и частично всасывающиеся в кровь продукты гидролиза в свою очередь стимулируют сокоотделение, что ускоряет и усиливает дальнейшее переваривание пищи. Однако положительная обратная связь часто приводит систему в неустойчивое состояние, способствует формированию «порочных кругов», лежащих в основе многих патологических процессов в организме.

Отрицательная обратная связь означает, что выходной сигнал уменьшает входной, активация какой-либо функции подавляет механизмы регуляции, усиливающие эту функцию. Отрицательные обратные связи способствуют сохранению устойчивого, стационарного состояния системы. Благодаря им, возникающее отклонение регулируемого параметра уменьшается и система возвращается к первоначальному состоянию. Например, под влиянием паратирина (гормона околощитовидных желез) в крови возрастает содержание ионизированного кальция. Повышенный уровень катиона тормозит секрецию паратирина, усиливает поступление в кровь кальцитонина (гормона щитовидной железы), под влиянием которого уровень кальция снижается и его содержание в крови нормализуется.

Отрицательные обратные связи способствуют сохранению стабильности физиологических параметров внутренней среды при возмущающих воздействиях внешней среды, т.е. поддерживают гомеостаз. Они работают и в обратном направлении, т.е. при уменьшении параметров включают системы регуляции повышающие их и тем самым обеспечивающие восстановление гомеостаза.

2. Гомеостаз

Академик П.К. Анохин установил, что саморегуляция осуществляется с помощью нервных и гуморальных механизмов, благодаря чему в организме поддерживаются постоянная температура тела, уровень газового состава крови, питательные вещества, кровяное давление и другие важнейшие показатели состояния внутренней среды. Все это составляет так называемый гомеостаз.

Гомеостаз - поддержание постоянства внутренней среды организма, связанный с именами Клода Бернара, Кеннона, Баркрофта, совершенно отработанный эволюцией, позволяет человеку безболезненно переносить резкие колебания внешней среды. Среди показателей внутренней среды существуют крайне жесткие механизмы постоянства (РН крови, концентрации Н - ионов и др.), и менее жесткие, колеблющиеся в определенных пределах (АД, температура тела, уровень содержания сахара в крови и т.д.).

Под гомеостазом современная физиология понимает относительное динамическое, колеблющееся в довольно узких пределах постоянство внутренней среды (кровообращения, дыхания, терморегуляции, пищеварения, обмена веществ и т.д.).

Сохранение гомеостаза - важнейшее свойство организма, определяющее акклиматизацию, адаптацию к различным производственным и бытовым условиям. Адаптация (от лат. adaptatio - приспособляю) зависит от реактивности организма, качества работы его регуляторных систем (нервной и эндокринной).

Например, при замерзании появляется так называемая «гусиная кожа» - это сужение периферических сосудов под воздействием сигнала из головного мозга, который в свою очередь получает сигналы от нервных окончаний, заложенных в коже и мышцах, и в ответ идет соответствующая «команда» к перестройке теплорегуляции, т.е. в суженных периферических сосудах уменьшается ток крови и отдача тепла через кожу в окружающую атмосферу, повышается тонус мышц и перестраивается обмен веществ, в результате увеличивается выработка тепла. Пример с йогами. Ученика (йогина) обязательно испытывают. Сидя на берегу реки в темную зимнюю ночь, обернувшись в мокрое покрывало, он должен высушить его своим телом. Как только покрывало становится сухим, его заменяют новым - влажным. Нормальным считается, если ученик за ночь высушит своим телом три покрывала.

Понятие нормы является диалектическим. Оно изменяется с развитием науки, обогащаясь новым содержанием. В настоящее время норму для живых систем следует рассматривать как функциональный оптимум, т.е. состояние наиболее согласованного и эффективного сочетания всех процессов в организме. Однако в это понятие следует включать и оптимальные экологические связи человека с внешней средой, оптимальные межличностные и другие социальные взаимоотношения, которые находят свое отражение в человеческой психике.

3. Единство организма и внешней среды

Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней средой, и поэтому, как писал еще И.М. Сеченов, в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и механизмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма с окружающей средой. Непременным условием и проявлением такого единства является адаптация организма к данным условиям.

При действии на организм факторов риска развиваются как специфические, так и неспецифические изменения. Неспецифические изменения возникают раньше и зависят от реактивности организма, определяя его общую защитно-приспособительную (адаптационную) реакцию. При этом, согласно известным представлениям об общем адаптационном синдроме по Г. Селье (1960 г.), защитные реакции возникают в ответ на любое повреждающее воздействие. Адаптационная роль такой реакции сводится к образованию дополнительной энергии, используемой организмом для сохранения функциональной устойчивости в неадекватных условиях среды. Если действующий фактор невелик по силе или его воздействие кратковременно, то организм при наличии достаточных функциональных возможностей реагирует на него за счет текущих энергетических ресурсов. При значительной силе воздействия или большой его продолжительности возникает необходимость мобилизации ресурсов, требуется определенное напряжение регуляторных систем.

Длительное напряжение систем регуляции может привести к их перенапряжению, возникновению дефицита информационных и энергетических ресурсов, что приводит к снижению адаптационных возможностей организма. При этом возникают определенные структурные и функциональные изменения.

Составной частью понятия функционального состояния организма является функциональный резерв. Функциональный резерв - это запас функциональных возможностей (ресурсов), который постоянно расходуется на поддержание равновесия между организмом и окружающей средой. Чем выше функциональные резервы, тем ниже степень напряжения регуляторных механизмов, необходимая для адаптации к условиям внешней среды для поддержания гомеостаза. Иначе можно сказать, что функциональные резервы - это потенциальная способность тех или иных систем увеличить интенсивность работы, но не как физического наличия запасов.

В развитии большинства адаптационных реакций прослеживается два этапа: начальный этап срочной, но несовершенной адаптации и последующий этап совершенной, долговременной или кумулятивной адаптации.

Срочная адаптация характеризуется непрерывно протекающими приспособительными изменениями, возникающими как ответные реакции организма на непрерывно меняющиеся условия внешней среды. Примером срочной адаптации могут служить изменение теплорегуляции, потоотделение и распределение крови в сосудах в ответ на повышение или понижение температуры окружающего воздуха.

Свойства адаптации:

1. Срочные приспособительные изменения не закрепляются в организме. Они возникают только при непосредственном внешнем воздействии определенного характера и тотчас исчезают, как только устраняется вызвавшее их внешнее обстоятельство.

2. Характер и интенсивность срочной адаптивной реакции точно соответствуют характеру и силе внешнего воздействия.

3. Срочными изменениями организм способен отвечать только на те внешние воздействия, которые по своему характеру, силе и времени действия не превышают физиологических возможностей. Например, при двигательном действии в условиях высокой температуры, может произойти перегревание организма, а в результате - тепловой удар. В этом случае сила и продолжительность действия неблагоприятного внешнего фактора превышают пределы адаптивных возможностей человеческого организма. Подобный же эффект можно представить себе и в связи с неадекватными адаптивным способностям физическими нагрузками, которые могут привести к заболеваниям сердца и травмам мышц и суставов.

Кумулятивная адаптация характеризуется такими приспособительными изменениями, которые возникают под влиянием регулярно повторяющихся внешних воздействий. Примерами кумулятивной адаптации могут служить такие явления, как приспособление к высокогорью у альпинистов, закаливание и повышение работоспособности под воздействием тренировки.

Приобретенные в результате кумулятивной адаптации свойства носят устойчивый характер и сохраняются некоторое время после прекращения серии внешних воздействий. Это сопровождается значительными морфологическими и функциональными преобразованиями на клеточном уровне и в деятельности различных систем организма и их взаимодействии.

Если процесс кумулятивной адаптации не подкрепляется новой серией аналогичных раздражителей, то организм теряет приобретенные свойства и снова приспосабливается к условиям «спокойной жизни». Из этого следует важный для понимания сущности тренировки вывод: тренировочный процесс не должен прерываться на длительное время, интервалы отдыха между сериями нагрузок должны быть оптимальными.

В процессе кумулятивной адаптации организм не только приобретает способность отвечать более быстрыми, точными и всеобъемлющими ответными реакциями на уровне имеющихся функциональных возможностей, но и существенно повышает уровень этих возможностей и оказывается в состоянии выполнить большой объем более интенсивной и сложной работы. Одним словом, происходит переход адаптированных систем организма в качественно новое состояние, т.е. прогрессивное повышение возможностей организма, его развитие.

Способностью к адаптации наделена каждая из 1013 клеток организма, каждый орган, система и весь организм в целом.

Адаптационные возможности организма человека огромны. Длительное пребывание космонавтов в межпланетном пространстве, спортивные рекорды, обживание океанских глубин, способность долгое время жить без пищи, выдерживать холод и зной, ориентироваться в сложнейших ситуациях свидетельствуют о том, что организм может нормально действовать в необычном и непривычном для него режиме.

Механизм адаптации действует постоянно, мы просто этого не замечаем, особенно когда нет сбоев и отклонений. Однако возможности его не беспредельны и более того у каждого человека они вариабильны в определенных пределах. Поэтому один человек быстро и легко приспосабливается к условиям работы и распорядку дня, другой же переносит приспособление труднее.

Почему? Однозначно особенности адаптации объяснить нельзя, большое значение имеют генетические характеристики человека. Но это совсем не означает, что человек с рождения жестко «запрограммирован» на определенный резерв и диапазон адаптации. Установлено, что на адаптационные возможности влияют особенности жизни человека, характер его труда и отдыха.

В целом практически у всех людей в течение многих лет жизни формируется определенный уклад жизни и работы организма, который настраивается на постоянно повторяющиеся составляющие этого уклада. Организм как бы запоминает, в какое, например, время суток ему предстоит работать, в какое - отдыхать, принимать пищу и т.д. И не только запоминает, но и готовится, настраивает соответствующие системы.

Теперь еще об одной защитно-приспособительной функции. Сравнительно недавно считалось, что главная функция иммунитета - защита организма от инфекций. Ученые обнаружили, что эта важная функция отнюдь не единственная. Оказывается, иммунитет является своеобразным контролером постоянства внутренней среды.

Эту деятельность защитных сил называют иммунологическим надзором: организм необходимо защищать не только от внешних агрессоров, но и от внутренних, так сказать, собственных ошибок.

4. Внутренняя среда организма

организм физиологический гуморальный саморегулирующийся

Внутренняя среда организма жидкая. Она состоит из межклеточной (тканевой) жидкости, крови и лимфы. Между этими тремя составляющими внутренней среды существует тесная взаимосвязь. Так, тканевая жидкость образуется благодаря переходу (фильтрации) жидкой части крови (плазмы) из капилляров в ткани. По своему составу она отличается от плазмы почти полным отсутствием белков. Значительная часть тканевой жидкости возвращается в кровь. Часть ее собирается между клетками тканей. В межклеточном пространстве берут начало лимфатические сосуды. Они пронизывают почти все органы. Лимфатические сосуды способствуют оттоку жидкости из тканей. Лимфа - (лат. lympha влага) полупрозрачная желтоватая жидкость, содержит лимфоциты, не имеет эритроцитов и тромбоцитов. По своему составу лимфа отличается от тканевой жидкости высоким содержанием белка. За сутки в организме образуется 2 - 4 литра лимфы. Лимфатическая система состоит из идущих вдоль вен лимфатических сосудов. Мелкие лимфатические сосуды соединяются в крупные и впадают в крупные вены около сердца, лимфа соединяется с кровью.

Внутренняя среда выполняет следующие функции:

обеспечивает клетки необходимыми веществами;

удаляет продукты обмена;

поддерживает гомеостаз - постоянство внутренней среды.

Заключение

В настоящее время норму для живых систем следует рассматривать как функциональный оптимум, т.е. состояние наиболее согласованного и эффективного сочетания всех процессов в организме. Однако в это понятие следует включать и оптимальные экологические связи человека с внешней средой, оптимальные межличностные и другие социальные взаимоотношения, которые находят свое отражение в человеческой психике.

Известно, что человек как объект живой природы рассматривается в диалектическом единстве двух структур - биологической (организменной) и социальной (личностной). Как биологическая подструктура он может находиться в трех состояниях: нормальном (здоровье), преморбидном (предболезнь) и патологическом (болезнь).

Итак, наш организм - необычайно чуткая саморегулирующаяся система, но надежность, диапазон действия защитно-приспособительных механизмов устойчивости не безграничен. Снижаются они с ослаблением организма, в связи с начинающейся болезнью, наличием каких либо неблагоприятных условий, например, с развитием вредных привычек (употреблении алкоголя и наркотиков, курении и т.д.), а также с возрастом и, наоборот, повышаются разумной тренировкой и соблюдением здорового образа жизни.

Список литературы

1. «Основы физиологии человека». Учебник для высших учебных заведений, под редакцией Б.И. Ткаченко. СПб., 1994. Том 1, стр. 86-94.

2. «Физиология человека». Под редакцией Р. Шмидта и Г. Тевса. М., «Мир», 1985. Том 1, стр. 250-252.

3. «Гомеостаз», сборник, под ред. П.Д. Горизонтова. М., «Медицина», 1976. Стр. 12-23.

Размещено на Allbest.ru