Биологическая регуляция и ее виды.

Живой организм – открытая система, внутренние процессы которой постоянно уравновешиваются с внешними силами окружающей среды. В основе уравновешивания лежат процессы биологической регуляции или управления физиологическими функциями.

Управление в живых организмах представляет собой совокупность процессов, обеспечивающих необходимые режимы функционирования, достижение определенных полезных для организма результатов.

Контуры управления могут быть внитриорганными, внутрисистемными и внесистемными.

Управление осуществляется с использованием двух основных принципов.

1. Управление по рассогласованию предусматривает сравнение задаваемой и фактической величины на выходе системы. Примером такого управления является стимуляция образования глюкозы при уменьшении ее содержания в крови. Это уменьшение определяется клетками гипоталамуса, которые стимулируют выработку адренокортикотропного гормона в гипофизе. Последний усиливает образование глюкокортикоидов (кортизола) в надпочечниках. Кортизол стимулирует в печени образование глюкозы из других веществ, что приводит к восстановлению нормального содержания глюкозы в плазме крови.

2. Управление по возмущению предусматривает использование входного возмущающего стимула для выработки компенсирующего воздействия. Например, уменьшение парциального давления О₂ в атмосферном воздухе при подъеме на высоту является возмущающим стимулом для системы дыхания. Увеличение частоты и глубины дыхания, скорости кровотока, количества эритроцитов в крови отражает процессы регуляции, направленные на восстановление исходных показателей содержания кислорода.

Способы управления в организме:

1. Запуск представляет собой процесс управления, вызывающий переход функции органа от состояния относительного покоя к деятельному состоянию или от активной деятельности к состоянию покоя (ЦНС инициирует фазные сокращения скелетной мускулатуры).

2. Коррекция позволяет управлять деятельностью органа, осуществляющего физиологическую функцию в автоматическом режиме (коррекция работы сердца центральной нервной системой посредством влияний, передаваемых по блуждающим и симпатическим нервам).

3. Координация предусматривает согласование работы нескольких органов или систем. Например, для осуществления прямохождения необходима координация работы мышц и центров, обеспечивающих перемещение нижних конечностей, смещение центра тяжести тела, изменение тонуса мышц.

Механизмы управления могут быть следующими:

1. Гуморальный механизм предусматривает изменение физиологической активности органов и систем под влиянием химических веществ, доставляемых через жидкие среды организма (кровь, цереброспинальная жидкость и др.). Так, под влиянием адреналина, выделяемого в кровь из надпочечников, изменяются частота и сила сердечных сокращений, тонус периферических сосудов и т.д. Гуморальный механизм древний и для него характерны относительно медленное распространение и диффузный характер управляющих воздействий, низкая надежность осуществления связи.

2. Нервный механизм предусматривает изменение физиологических функций под влиянием сигналов (ПД, которые объединяются в определенные паттерны – пространственно временные рисунки), передаваемых из ЦНС. Для него характерна высокая скорость распространения и точная передача воздействий, высокая надежность осуществления связи.

В естественных условиях нервный и гуморальный механизмы едины и, образуя нейрогуморальный механизм, реализуются в разнообразных комбинациях, наиболее полно обеспечивающих адекватное уравновешивание организма со средой обитания. Например, физиологически активные вещества, поступая в кровь, несут информацию в ЦНС об отклонении какой-либо функции. Под влиянием этой информации формируется поток управляющих нервных им­пульсов к эффекторам для коррекции отклонения.

Условием нормального функционирования живого организма является постоянство внутренней среды – гомеостаз. Основным механизмом поддержания гомеостаза является саморегуляция. Саморегуляция представляет собой такой вариант управления, при котором отклонение какой-либо физиологической функции внутренней среды от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, является причиной возвращения этой функции к исходному уровню.

Саморегуляция основана на использовании прямых и обратных связей.

Прямая связь предусматривает выработку управляющих воздействий на основании информации об отклонении константы или действии возмущающих факторов. Например, раздражение холодным воздухом терморецепторов кожи приводит к увеличению процессов теплопродукции.

Обратные связи заключаются в том, что выходной, регулируемый сигнал о состоянии объекта управления (константы или функции) передается на вход системы. Различают положительные и отрицательные обратные связи. Положительная обратная связь усиливает управляющее воздействие. Примером может служить увеличение скорости образования тромбина при появлении некоторого его количества на начальных этапах свертывания крови (но при отеке мозга эти связи играют негативную роль). Отрицательная обратная связь ослабляет управляющее воздействие, способствует возвращению измененного показателя к стационарному уровню. Например, информация о степени натяжения сухожилия скелетной мышцы, поступающая в центр управления этой мышцей, ослабляет степень возбуждения центра, чем предохраняет мышцу от развития избыточной силы сокращения. Отрицательные обратные связи повышают устойчивость биологической системы.

Представление о саморегуляции физиологических функций отражено в теории функциональных систем, разработанной академиком П. К. Анохиным (рис. 3.1). Функциональные системы (ФС) представляют собой саморегулирующийся комплекс центральных и периферических образований, обеспечивающий достижение полезных приспособительных результатов. Полезным для организма результатом может быть метаболический продукт, а может быть результат поведенческой деятельности удовлетворяющий основные метаболические, биологические потребности и т.п.

Рис. 3.1. Общая архитектура функциональной системы. I – афферентный синтез; I – обстановочная афферентация, 2 – пусковая афферентация, 3 – мотивация, 4 – память; II – принятие решения; III – акцептор результатов действия; IV – программа действия (эфферентный синтез): 5 – поведенческая деятельность; V – результат поведения; VI – параметры результата; 6. 9 – обратная афферентация; VII – метаболизм; VIII – показатель гомеостаза; 7 – гуморальные влияния; IX – рецепторы; 8 – нервные влияния. Сплошной линией сверху обозначены границы поведенческого акта.

В состав каждой ФС включаются различные органы и ткани, что определяется результатом, ради достижения которого создается ФС. Совпадение параметров реального результата и его модели означает удовлетворение исходной потребности организма. Деятельность ФС на этом заканчивается. При несовпадении параметров результата и свойств модели, возникает ориентировочно-исследовательская реакция. Она приводит к перестройке и новому запуску ФС до тех пор, пока не получен требуемый результат.