Загальна характеристика біологічної регуляції. Дослідження рефлекторної дуги.

Біологічна регуляція - це сукупність процесів, що забезпечують взаємодію структур організму та взаємодію організму з зовнішнім середовищем при досягненні його пристосувальної реакції .

Контур регуляції - це шлях передачі та обробки інформації, що забезпечує досягнення пристосувальної реакції організму.

Контур біологічної регуляції має такі елементи:

а) Регульовані параметри (РП) - це параметри , що характеризують пристосувальну реакцію організму (наприклад, концентрація глюкози в крові, величина артеріального тиску в судинах, рО2 та ін.).

б) Слідкуючий пристрій (СП) - це елемент контуру, що сприймає інформацію про зміну РП, в організмі цю функцію виконують рецептори.

в) Канал зворотного зв’язку - це шлях передачі інформації від СП до керуючого пристрою.

г) Керуючий пристрій (КП) - це елемент контуру, який сприймає інформацію, порівнює її з заданими параметрами (уставкою), формує відповідний сигнал (приймає рішення) для досягнення пристосувальної реакції системи; в організмі ці функції виконує центральна нервова система (ЦНС).

д) Виконавчі органи - це елементи контуру, що виконують певні функції, завдяки яким досягається пристосувальна реакція організму з певними РП; в організмі ці функції виконують різні органи-ефектори.

є) Канал зворотного зв’язку – це шлях передачі інформації від слідкуючого пристрою до керуючого пристрою про регульованого параметру від заданого рівня.

ж) Канал прямого зв’язку – це шлях передачі інформації від керуючого пристрою, спрямований на забезпечення заданого рівня регульованого параметру завдяки зміні функцій виконавчих структур.

з) Канал зовнішнього зв’язку – це шлях передачі інформації до керуючого пристрою про зовнішні (“збурюючи”) впливи, що потребують досягнення пристосувальної реакції організму з відповідними характеристиками РП.

Контур біологічної регуляції “за збуренням” забезпечує РП, які має пристосувальна реакція організму при різних його взаємодіях з зовнішнім середовищем про що інформація від СП₁ (“рецепторів за збуренням”) надходить до КП каналом зовнішнього зв’язку. Так, під час фізичної праці артеріальний тиск у людини підвищується в порівнянні з параметрами гомеостазу, щоб забезпечити пристосувальну реакцію організму - збільшення кровообігу (постачання кисню та субстратів з кров’ю до працюючих м’язів).

Штучно визначають контур біологічної регуляції “за відхиленням”, якщо уявити, що канал зовнішнього зв’язку не діє, наприклад в умовах гомеостазу організму, коли РП підтримується в межах заданої величини:

В дійсності організм є багато параметричною системою і зазначені контури регуляції спрощують уяву про справжні механізми регуляції, але сприяють аналізу характеру змін регульованих параметрів, навколо яких і будуються контури біологічної регуляції.

За способами передачі інформації розрізняють два види регуляції: а) нервова регуляція, б) гуморальна регуляція:

· Нервова регуляція – здійснюється за участю нервової системи, де способом передачі інформації по контуру біологічної регуляції є генерація потенціалів дії (ПД). Швидкість передачі інформації обумовлена швидкістю поширення ПД по нервових волокнах і становить від 1 м/с до 120 м/с.

· Гуморальна регуляція має спосіб передачі інформації по контуру біологічної регуляції за допомогою біологічно-активних речовин, що поступають у кров і переносяться до клітин, які здатні сприймати цю інформацію. Швидкість передачі інформації значно менша і обмежена швидкістю руху крові в кровоносних судинах (від 0,5 м/с в аорті до 0,005 м/с - у капілярах).

Нервова регуляція.

Елементарним механізмом нервової регуляції є рефлекс.

Рефлекс - це відповідь організму на подразнення за участю ЦНС, що забезпечує пристосувальну реакцію організму на зміни зовнішнього чи внутрішнього середовища.

Рефлекторна дуга - це шлях передачі інформації при здійсненні рефлексу (анатомічні структури контуру біологічної регуляції )

Рефлекторна дуга має такі ланки:

1).Рецептор - це структура, що сприймає подразнення, кодує інформацію та передає її на аферентне нервове волокно шляхом генерації серії ПД на його мембрані.

2).Аферентне нервове волокно –передає інформацію точно без змін від рецептора до нервового центра.

3).Нервовий центр - це структури ЦНС, де відбувається аналіз інформації, формування еферентного сигналу та передача його на еферентні нейрони.

4).Еферентне нервове волокно- передає інформацію точно без змін від нервового центру до органів-ефекторів.

5).Органи–ефектори- це виконавчі структури, які здійснюють свою функцію, наслідком якої є пристосувальна реакція організму на дію подразника –кінцевий пристосувальний результат (КПР).

6.) Канал зворотного зв’язку- це аферентні нервові волокна, які передають інформацію про параметри пристосувальної реакції організму до нервового центру, перетворюючи рефлекторну дугу, як анатомічну структуру, в контур біологічної регуляції.

Фізіологія рецепторів

За будовою та фізіологічними властивостями рецептори поділяються на: а)первинні (первинно-чутливі), б) вторинні (вторинно-чутливі)

- а. Первинні рецептори - це нервові закінчення аферентних нейронів, що сприймають дію подразника, кодують інформацію і передають її на нервові волокна аферентного нейрона.

- б. Вторинні рецептори - це спеціалізовані клітини, що сприймають дію подразника, кодують інформацію і передають її через синапси на нервові волокна аферентного нейрона.

За розташуванням рецептори поділяють на :

- а) екстерорецептори - розташовані у шкірі та слизових оболонках;

- б) інтерорецептори - розташовані у внутрішніх органах (вісцерорецептори) та структурах опорно-рухової системи - м’язах, сухожиллях, суглобах (пропріо- рецептори).

За видом адекватного подразника, що сприймають рецептори, їх поділяють на:

- а) механорецептори: тільця Фатер-Пачині, м’язові веретена, рецептори сухожиль, рецептори суглобів та ін.;

- б) хеморецептори: смакові, нюхові та ін.;

- в) фоторецептори: палички, колбочки;

- г) терморецептори: теплові, холодові.

Анатомічні схеми деяких рецепторів шкіри:

А— вільні нервові закінчення у сполучній тканині; Б— комплекс клітини Меркеля з нервовою терміналлю; В— тільце Майсснера; Г— інкапсульоване тільце Фатер-Пачині. 1— нервова терміналь, 2— допоміжна структура, 3— мієлінові нервові волокна, 4— капсула.

Фізіологічні механізми кодування інформації в рецепторах.

При дії подразника на рецептори в них виникає рецепторний потенціал (РП). РП - це місцевий потенціал. РП може бути:

- а. Деполяризаційний РП виникає в наслідок збільшення проникності мембрани рецептора для іонів Na⁺ , що призводить до зменшення мембранного потенціалу рецептора - деполяризації та виникнення місцевих електричних струмів між мембраною рецептора та першим перехватом Ранв’є мембрани нервового волокна, що призводить до генерації серії ПД. Амплітуда РП збільшується при збільшенні сили подразника (але ніколи не сягає до 0-рівня), що призводить до більшої частоти генерації ПД на мембрані аферентного нервового волокна.

- б) Гіперполяризаційний РП виникає внаслідок зменшення проникності мембрани рецептора для іонів Na⁺, що призводить до збільшення мембранного потенціалу рецептора та зменшенню фонової активності генерації ПД на мембрані аферентного нервового волокна. Такі РП генеруються в паличках та колбочках при дії на них світла та деяких інших рецепторах.

Нервовий центр - це ланка рефлекторної дуги, де здійснюються: а)аналіз інформації, що надходить від рецепторів по аферентним нейронам, б)формування еферентного сигналу, в) передача інформації з аферентних на еферентні нейрони. Сукупність зазначених процесів забезпечують інтегративну функцію нервових центрів. Нервові центри розташовані на різних рівнях центральної нервової системи (ЦНС).

Локальний нервовий центр – це центр, де здійснюється передача інформації з аферентних на еферентні нейрони і при руйнуванні якого рефлекторна реакція не відбувається.

Інтегральний нервовий центр – сукупність всіх рівнівЦНС, які приймають участь у досягнення рефлекторної пристосувальної реакції.