Организм как целостная система

Организм человека представляет собой целостную, открытую, саморегулирующуюся систему, реагирующую как единое целое на воздействие внешних и внутренних раздражителей. Организм, будучи сложной системой, представляет собой единое целое, в котором деятельность его структур — клеток, тканей, органов и их систем — согласована и подчинена этому целому. Поэтому изолированные от организма органы не могут выполнять те функции, которые присущи им в рамках целого организма. Хотя организм как целое может существовать и после утраты некоторых частей (удалении одной почки, ампутации конечностей).

Подчиненность части целому не абсолютна, так как часть обладает относительной самостоятельностью и может влиять на целое, о чем свидетельствуют изменения организма при заболеваниях отдельных органов.

Таким образом, целостность организма обеспечивается, во-первых, структурным соединением всех его частей (клеток, тканей, органов, жидкостей) и связью всех частей организма при помощи: а) жидкостей, циркулирующих в его сосудах, полостях и пространствах, и б) нервной системы; во-вторых, единством вегетативных (растительных) и анимальных (животных) процессов в организме; и наконец, в-третьих, единством психического и соматического (телесного).

Открытость живой системы проявляется в ее обмене веществ, энергетическом и информационном обмене с окружающей средой.

Обмен веществ имеет важное биологическое значение для организма: во-первых, обеспечивает пластические нужды организма, то есть доставляет ему химические вещества, необходимые для построения всех его структурных элементов и восстановления распадающихся в организме веществ; во-вторых, обеспечивает все жизненные функции организма энергией. Различают две стороны обмена веществ: анаболизм и катаболизм.

Анаболизм — совокупность реакций обмена веществ, ведущих к построению тканей организма, образованию в них сложных органических веществ. Анаболизм основан на ассимиляции — процессе использования организмом веществ и синтеза свойственных ему сложных органических соединений. Катаболизм — совокупность реакций обмена веществ, приводящих к распаду веществ в живом организме, в его основе лежит диссимиляция — процесс разрушения органических веществ. При катаболизме происходит расщепление крупных органических молекул до простых соединений с одновременным выделением энергии, которая запасается главным образом в форме АТФ. Катаболизм относят к энергетическому обмену, обеспечивающему доставку к клеткам энергии, необходимой для их жизнедеятельности.

Все поступающие в организм вещества — белки, жиры, углеводы, витамины и минеральные соли — включаются в обмен веществ, специфичный для каждого из них. Количество потребленного кислорода и продукты распада (СО₂, Н₂О и др.), выделяемые организмом, отражают интенсивность обмена веществ.

В течение жизни наблюдаются разные количественные соотношения ассимиляции и диссимиляции: в растущем организме преобладает ассимиляция; у взрослого устанавливается относительное равновесие анаболизма и катаболизма; в старческом периоде жизни ассимиляция отстает от диссимиляции.

Для нормальной жизнедеятельности организма необходимы определенные условия существования, к которым у него вырабатываются приспособления в процессе развития. Средой обитания для клеток организма является внутренняя среда. В это понятие включена совокупность жидкостей — кровь, лимфа, тканевая, спинно-мозговая, суставная, плевральная и другие жидкости, омывающие клетки и околоклеточные структуры тканей.

Основой внутренней среды является кровь, а роль питательной среды выполняет тканевая жидкость, принимающая участие в процессах обмена веществ и поддержании гомеостаза организма. Гомеостаз — относительное динамическое постоянство среды и устойчивость основных физиологических функций. Благодаря гомеостазу поддерживается постоянство объема крови и других внеклеточных жидкостей, концентрация в них ионов и осмотических активных веществ, постоянство рН крови и состава в ней белков, жиров, углеводов, уровень артериального давления, а также поддерживается внутренняя среда отдельных органов.

В поддержании постоянства внутренней среды участвует ряд органов, систем, таких, как кожа, селезенка, печень, иммунная система. Например, кожа обеспечивает защитную, обменную, выделительную, сенсорную и другие функции. Она является водным и жировым депо. В селезенке осуществляется кроветворение, депонирование электролитов, липидов. В печени обезвреживаются токсические и лекарственные вещества, разрушается ряд гормонов. Кроме того, она участвует в обмене белков, жиров, углеводов и воды, а также в выработке тепла в организме. В ней образуется желчь, компоненты свертывания крови и другие биологически активные вещества.

Наряду с кожей, почками, органами дыхания и пищеварительным трактом печень входит в состав внешних барьеров, обеспечивающих защиту организма от неблагоприятных факторов внешней среды, и внутренних барьеров, сохраняющих постоянство внутренней среды. К внутренним барьерам относится также эндотелий капилляров.

Внутренняя среда поддерживается на относительно постоянном уровне благодаря тому, что она обладает свойством саморегуляции.

Саморегуляция —свойство организма автоматически устанавливать и поддерживать на определенном, относительно постоянном уровне физиологические и другие биологические показатели. При саморегуляции управляющие факторы не воздействуют на регулируемую систему извне, а формируются в ней самой. Отклоненный показатель гомеостаза должен вернуться к исходному уровню. Процесс саморегуляции носит циклический характер, и, как считает П. К. Анохин, всякое отклонение от жизненно важного уровня какого-либо фактора служит толчком к мобилизации механизмов, восстанавливающих его. Саморегуляция осуществляется на разных уровнях организма — от клеточного до организменного.

Так, например, на клеточном уровне поддержание определенного значения мембранного потенциала у возбудимых клеток и закономерная временная и пространственная последовательность ионных потоков при возбуждении клеточной мембраны на надклеточном уровне — самоорганизация разнородных клеток в упорядоченные клеточные ассоциации. Большинство органов способно к внутриорганной саморегуляции функций, например, внутрисердечные рефлекторные дуги обеспечивают закономерные отношения давления в полостях сердца.

На организменном уровне устанавливаются и поддерживаются показатели внутренней среды — температура, кровяное и осмотическое давление, уровень сахара в крови. Все компоненты этой функциональной системы находятся внутри организма и складываются в систему на основе генетически детерминированных механизмов.

Кроме внутренних механизмов саморегуляции выделяются и внешние механизмы регуляции, которые могут быть относительно пассивными, как, например, в функциональной системе дыхания.

Саморегуляция в организме обеспечивается по принципу обратной связи между регулируемым процессом и регулятором. Сигналы о возникающем процессе регуляции изменения состояния внутренней среды (функционирования клеток, тканей и органов, поведения в целом) немедленно воспринимаются внешними или внутренними рецепторами и посредством нервного импульса передаются в высшие отделы нервной системы. В отделах центральной нервной системы происходит декодирование информации, корректировка программы действия, реализация которой осуществляется путем распространения возбуждения к эффекторам (рабочим органам).

Основные структурно-функциональные блоки, из которых состоит организм. К основным структурно-функциональным блокам, из которых состоит организм, можно отнести следующие: блоки входа, преобразующей части, выхода, связанные между собой обратными связями, которые обеспечивают взаимодействия блоков в целях поддержания постоянства внутренней среды организма (рис. 1). Каждый блок включает в себя несколько анатомических структур со множеством функций.

Блок входа представлен рецепторами, которые несут информацию о состоянии внешней и внутренней среды. Активность входа заключается в способности избирательно воспри­нимать и трансформировать энергию раздражителя во внутренний процесс — специфический для организма вид энергии. Чем сложнее фактор среды (чем больше энергии или информации он содержит), тем сложнее и процесс трансформации.

факторы среды

Рис. 1. Блоки организма и их функции

Так, например, энергия пищевых продуктов извлекается человеком и животными благодаря довольно простому процессу — гидролизу, обеспеченному набором специфических ферментов, тогда как электромагнитные колеба­ния световых волн подвергаются трансформации в сетчатке глаза, где энергия раздражителя превращается в нервный импульс, достигаю­щий затем определенного центра коры мозга, и вновь трансформируется в зрительное ощущение. Сумма подобных ощущений создает представление о множественных качествах раздражителя (цвет, величина, удаленность, направление движения и др.).

Преобразующий блок осуществляет химические реакции, которые составляют промежуточный обмен и протекают в клетке или тканях организма, сюда же относятся и нейрогуморальные связи функционирующих органов. Данный блок осуществляет нервную и гуморальную регуляцию.

Блок выхода представлен эффекторными (рабочими) органами, в первую очередь скелетно-мышечной системой, обеспечивающей выполнение команды «центра». Блок выхода осуществляет, например, выведение ненужных метаболитов, образующихся в процессе обмена веществ.

Все эти блоки находятся в определенных иерархических взаимоотношениях, между ними происходит постоянный обмен информацией. В итоге вся система реагирует на любые изменения внутренней или внешней среды как единое целое, как один организм.

Регуляция функций в организме.Взаимосвязь всех составных частей организма и его нормальная жизнедеятельность возможна при сохранении гомеостаза. Важную роль в сохранении постоянства внутренней среды играет гуморальная и нервная регуляция функций.

Гуморальная регуляция (от лат. humor — жидкость) — один из механизмов координации процессов жизнедеятельности в организме, осуществляемых через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость) с помощью биологически активных веществ, выделяемых клетками, тканями и органами при их функционировании. Эти вещества являются органическими соединениями, участвующими (или способными участвовать) в осуществлении каких-либо функций организма и обладающими высокой специфичностью действия в низких концентрациях. К таким веществам относятся гормоны, которые вырабатываются эндокринными железами, способные активировать или тормозить функциональную деятельность органов и систем.

Существует и ряд других регуляторных веществ, которые иногда также относят к гормонам. Это так называемые гормоны местного действия, или тканевые гормоны, обеспечивающие быструю регуляцию тканевых процессов через межклеточное пространство путем диффузии без участия сосудистой системы. К этой группе относятся простагландины — соединения широкого спектра физиологического действия. Кроме того, к числу таких веществ относятся и медиаторы, или вещества посредники, вырабатываемые нервными окончаниями при контакте с мышцами или другими нервными клетками. Они принимают участие практически во всех жизненных процессах организма человека и осуществляют передачу нервного импульса с нервных клеток на другие нервные клетки и клетки периферических органов. Важное значение в гуморальной регуляции имеют различные метаболиты (жирные кислоты, глюкоза, аминокислоты, ионы и. т. д.). Так, например, ионы Са²⁺, поступающие в железы, выполняют роль регуляторов секреторного процесса; глюкоза стимулирует гликолиз, от ее уровня зависит секреция инсулина и т. д.

Существенным недостатком гуморальной регуляции является ее «безадресность». Многие биологически активные вещества разносятся в различные части организма и меняют деятельность многих органов, независимо от того, «выгодно» это в данный момент организму или нет.

Гуморальные связи в организме характеризуются рядом особенностей: во-первых, относительно медленным распространением химического вещества, во-вторых, отсутствием точного адреса, по которому следует соединение, поступающее в кровь, лимфу или тканевую жидкость. Его действие не локализовано, не ограничено определенным местом и, следовательно, диффузно. И наконец, в-третьих, малой надежностью осуществления связи, поскольку вещество действует в малых количествах и обычно быстро разрушается или выводится из организма.

Существует также регуляция и после выделения гормона в кровь. Период полураспада (время, необходимое для расщепления половины имеющегося гормона) для многих гормонов составляет лишь несколько минут. Этот показатель используется для интенсивности их действия.

В дополнение к гуморальной регуляции в процессе эволюции сформировалась нервная система, обеспечивающая наиболее адекватные и быстрые реакции на любые внешние воздействия и подчиняющая себе гуморальные связи.

Нервная регуляция осуществляется с участием нервной системы, основная функция которой заключается в обеспечении функционирования организма как единого целого и его взаимосвязи с окружающей средой. Кроме того, нервная система регулирует гуморальные связи. Однако в отличие от гуморальной связи нервная связь, во-первых, имеет точную направленность к определенному органу и даже группе клеток и, во-вторых, через нервную систему связь осуществляется с большой скоростью по сравнению с распространением химических веществ.

Взаимодействие органов через нервную систему обозначается как рефлекторное, то есть в ее основе лежит рефлекс, структурной основой которого является рефлекторная дуга. Она включает в себя пять звеньев: рецепторы, воспринимающие воздействие раздражителей; афферентные нейроны, обеспечивающие центростремительное проведение сигнала; промежуточные, или вставочные, нейроны, представляющие собой центральную часть рефлекторной дуги, или нервный центр; эфферентные нейроны, по аксонам которых происходит центробежное проведение сигналов к периферическим органам и тканям; эффекторы, или исполнительные органы (скелетные, или гладкие мышцы внутренних органов, железы), осуществляющие соответствующую рефлекторную деятельность.

Однако следует иметь в виду, что рефлекторная дуга является замкнутой. Так как в кровь поступают физиологически активные вещества, то медиаторы и гормоны составляют в определенных условиях гуморальное звено рефлекторной дуги. Они передают в отделы центральной системы (спинной, головной мозг) соответствующую информацию, в результате возникает поток нервных импульсов из ЦНС в эффекторные органы (рис. 2).

Афферентный путь Эфферентный путь

ГОРМОН

Рис. 2. Схема рефлекторной регуляции

С одной стороны, функционирование гуморальной системы находится под контролем нервной системы, с другой — синтез и выделение в кровь физиологически активных веществ регулируется нервной системой. Так, например, гипоталамус (отдел промежуточного мозга) получает информацию из внешней и внутренней среды. Из внешней среды по сенсорным системам сигналы поступают в кору больших полушарий и другие отделы мозга. В переработанном виде они передаются в гипоталамус, который интегрирует всю информацию, получаемую из высших отделов мозга и непосредственно от внутренней среды. В результате этих сигналов в гипоталамусе вырабатываются регуляторные гормоны, включающиеся в общую систему эндокринной регуляции.

Следовательно, у рефлекторной реакции может быть гормональное звено, что характерно для регуляции функции внутренних органов, то есть вегетативных функций, в отличие от соматических функций, рефлекторная регуляция которых осуществляется только нервным путем (деятельность опорно-двигательного аппарата). Если включается гормональное звено, то это осуществляется за счет дополнительной выработки биологически активных веществ. Так, например, при действии на экстерорецепторы сильных раздражителей (холод, жара, болевой раздражитель) возникает мощный поток афферентных импульсов, поступающих в ЦНС, при этом в кровь выбрасывается дополнительное количество адреналина и гормонов коры надпочечников, играющих адаптивную роль.

Единство регуляторных механизмовзаключается в их взаимодействии. Так, например, увеличение содержания углекислого газа в крови возбуждает хеморецепторы аортальной и синокаротидной рефлексогенных зон, при этом увеличивается поток импульсов по соответствующим нервам в ЦНС, а оттуда — к дыхательной мускулатуре, что ведет к учащению и углублению дыхания. Углекислый газ действует непосредственно на дыхательный центр, что также вызывает усиление дыхания. При действии холодного воздуха на терморецепторы кожи увеличивается поток афферентных импульсов в ЦНС, это ведет к выбросу гормонов, увеличивающих интенсивность обмена веществ, что приводит к увеличению теплопродукции. Однако имеются существенные отличия у различных механизмов регуляции.

Особенности нервного и гуморального механизмов регуля­ции функций организма.Нервная система в отличие от гуморального механизма регуляции организует ответные реакции на изменения внешней среды организма. Пусковым звеном в нейрогуморальной регуляции при изменении внутренней среды также нередко является нервная система.

1. У нервного и гуморального механизмов регуляции функций различные способы связи: у нервной системы — нервный импульс как универсальный сигнал, а у гуморального механизма связь с регулируемым органом или тканью осуществляется с помощью различных химических веществ. Таковыми являются гормоны, медиаторы, метаболиты и так называемые тканевые гормоны. Некоторые медиаторы, например, катехоламины, попадая в кровь, могут действовать в месте их выделения нервными окончаниями и воздействовать на другие органы и ткани организма, то есть выступать в роли гуморальных факторов, участвующих в регуляции функций других органов организма.

2. У нервного и гуморального механизмов регуляции функций организма различная точность связи. Химические вещества, попадая в кровь, разносятся по всему организму и действуют нередко на многие органы и ткани — системный (генерализованный) характер влияния. Например, адреналин, тироксин, попадая в кровь, разносятся по всему организму и действуют на клетки всех органов и тканей организма. Нервная система может оказывать точное, локальное влияние на отдельный орган или даже на группу клеток этого органа. Так, нервная система может вызвать сокращение мышц указательного или другого пальца руки, не вызывая сокращение мышц всех конечностей и даже других пальцев. Следует, однако, отметить, что у гуморального механизма нередко имеется точный адресат воздействия. Так, например, гормон кортикотропин хотя и разносится с кровью по всему организму, но действует только на кору надпочечников. Гормон тиреотропин регулирует функцию щитовидной железы. В свою очередь, и нервная система может оказывать генерализованное влияние. Например, возбуждение симпатической нервной системы в экстремальных условиях ведет к мобилизации ресурсов всего организма для достижения цели (стимулируется деятельность сердечно-сосудистой, дыхательной и эндокринной систем).

3. У нервного и гуморального механизмов регуляции различная скорость связи: относительно медленно с током крови распространяются химические вещества (самая большая средняя скорость в аорте — 0,25 м/с, а самая маленькая в капиллярах — 0,3—0,5 мм/с). Частица крови проходит один раз через весь организм (большой и малый круги кровообращения) за 22 с. Нервный импульс распространяется со скоростью до 120 м/с.

4. Гормональные механизмы регуляции подчиняются нервной системе, которая передает свое влияние на эндокринные железы непосредственно или с помощью нейропептидов и своих медиаторов (посредников), выделяемых нервными окончаниями и действующих на специальные, чувствительные к медиаторам структуры — рецепторы.

5. У гуморального механизма регуляции нередко наблюдается противоположное влияние биологически активных веществ на один и тот же орган в зависимости от точки приложения действия этого химического вещества. Так, угольная кислота действует прямо на кровеносные сосуды, вызывает их расширение, а посредством возбуждения центра кровообращения — сужения. Адреналин при непосредственном действии на сердце стимулирует его работу, а при введении его в ликвор, возбуждая центры блуждающих нервов, тормозит работу сердца.

Системный принцип регуляции.Поддержание показателей внутренней среды организма осуществляется с помощью регуляции деятельности различных органов и физиологических систем, объединяемых в единую функциональную систему. Представление о функциональных системах разработал П. К. Анохин. В последние годы теорию функциональных систем успешно развивает К. В. Судаков.

Понятие о функциональной системе.По определению П. К. Ано­хина, каждая функциональная система представляет собой широкое функциональное объединение различно локализованных структур и процессов на основе получения конечного приспособительного результата для организма в целом. Системообразующим фактором любой функциональной системы является полезный приспособительный для организма в целом результат. Полезными приспособительными результатами для организма являются:

1) показатели внутренней среды (уровень питательных веществ, кислорода, температуры, реакции крови, осмотическое и кровяное давление), определяющие нормальный метаболизм тканей;

2) результаты поведенческой деятельности, удовлетворяющие основные биологические потребности организма (пищевые, оборонительные, питьевые, половые);

3) результаты стадной деятельности животных, удовлетворяющие потребности сообществ;

4) результаты социальной деятельности человека, обусловленные общественным и индивидуальным опытом, положением в обществе определенной общественно-экономической формации и другие удовлетворяющие его социальные потребности.

Объединение различных органов в функциональные системы с полезным для организма результатом всегда происходит по принципу саморегуляции, направленной на устойчивость различных показателей внутренней среды, обеспечивая гомеостаз. Выражением гомеостаза являются константы, хотя в организме это понятие условно. Можно говорить о «жестких» константах, которые активно удерживаются соответствующими функциональными системами до определенного уровня и отклонение которых от этого уровня приводит к необратимому нарушению метаболизма и к смерти организма. С другой стороны, имеются «пластичные» константы, отклонение которых от определенного уровня допускает на некоторое время нормальную жизнедеятельность организма. Примером «жестких» констант является уровень осмотического давления, реакция (рН) крови. «Пластичные» константы — уровень давления крови, температуры тела, питательных веществ в крови и тканях и др.

Гомеостаз целого организма определяется совместной деятельностью различных функциональных систем. Однако жизненно важные показатели внутренней среды определяются деятельностью специальной функциональной системы. Поэтому организм с точки зрения функциональных систем изучается как совокупность системных организаций в их динамике и взаимосвязи.

Системообразующими факторами любой функциональной системы являются константы, которые определяют нормальное течение метаболизма: нормальная температура, осмотическое и артериальное давление, соотношение СО₂ — О₂ и др.

Система избирательно включает нервные и гуморальные механизмы регуляции. Так, например, константой функциональной системы газового состава крови, определяющей оптимальную для метаболизма тканей концентрацию О₂ и СО₂ в крови, является парциальное давление в альвеолярном воздухе О₂ (100 мм рт. ст.) и СО₂ (39 мм рт. ст.). Изменения констант регистрируются хеморецепторами сосудов, а в дальнейшем нервным и гуморальным путем возбуждается дыхательный центр. ЦНС и гуморальная регуляция изменяют частоту, глубину и ритм дыхания, буферные свойства крови, работу сердца, скорость кровотока, кислородную емкость крови, кровообразование и кроворазрушение, работу почек и желудочно-кишечного тракта, потоотделение. Константой функциональной системы, поддерживающей оптимальное для метаболизма тканей количество глюкозы в крови, является уровень глюкозы в крови — 80—120 мг%. Изменение константы воспринимается глюкорецепторами сосудов и нервным и гуморальным путем возбуждает ЦНС. Гипоталамические центры оказывают влияние на передний отдел гипофиза, щитовидную железу, надпочечники и поджелудочную железу. Инсулин снижает содержание глюкозы в крови с помощью образования гликогена в печени и накопления его в мышцах, способствуя выделению сахара с мочой, снижению всасывания сахара в кишечнике и образованию жира из глюкозы. Соматотропный гормон, тироксин, адреналин, глюкокортикоиды и глюкогон увеличивают содержание глюкозы в крови с помощью гликогенолиза, увеличивая всасывание сахара в кишечнике и уменьшая выделение глюкозы с мочой. Следует отметить, что только один гормон — инсулин — обладает отчетливым гипогликемическим действием. Влияние же остальных гормонов, активно воздействующих на углеводный обмен, направлено в сторону увеличения глюкозы в крови, то есть их действие противоположно инсулину.

Саморегуляция содержания глюкозы происходит за счет ряда отделов центральной нервной системы. Центры локализованы на различных этажах центральной нервной системы: в продолговатом мозге, в промежуточном, в мозжечке, в коре больших полушарий.

Важная роль принадлежит гипоталамусу. Его влияние на углеводный обмен реализуется: 1) за счет повышения активности симпатического отдела вегетативной нервной системы; 2) путем воздействия на переднюю долю гипофиза, стимулируя выработку им адренокортикотропного, соматотропного и тиреотропного гормонов. Среди других структур головного мозга, оказывающих влияние на уровень глюкозы крови, важная роль принадлежит мозжечку. Однако физиологический механизм этого влияния до сих пор не ясен.

Установлено условно-рефлекторное влияние коры на изменения содержания глюкозы в крови. Так, у спортсменов отмечается повышение уровня глюкозы в предстартовом состоянии во время соревнований, а также у студентов во время экзаменов.

Таким образом, центральный аппарат, принимающий участие в саморегуляции содержания глюкозы в крови, устроен многоступенчато и сложно. На рис. 3 представлена схема регулируемого процесса (показателя) на оптимальном уровне.

Рис. 3. Схема функциональной системы регуляции показателей организма (по П. К. Анохину)

Функциональная система включает следующие элементы: 1. Полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональной системы. 2. Рецепторы результата. 3. Обратную афферентацию, идущую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы. 4. Нервные центры, расположенные на различных уровнях ЦНС.
5. Исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты, включающие целенаправленное поведение.

Объединение основных элементов в функциональную систему направлено на достижение результата ее деятельности, полезного для организма в целом. Любое отклонение константы от нормы воспринимается соответствующими рецепторами, и от них информация поступает в нервный центр и избирательно вовлекает элементы различного уровня в данную функциональную систему для построения исполнительной деятельности, включающей различные органы. Следовательно, функциональная система включает в себя рефлекс как составную часть.

Схема функциональной системы, предложенная П. К. Анохиным, дает объяснение действию механизмов саморегуляции физиологических процессов в организме. В соответствии с этой схемой взаимодействие всех частей организма не заканчивается каким-либо полезным для системы результатом, если отсутствует обратная информация в управляющий центр о степени полезности этого результата.

В организме можно выделить четыре группы полезных приспособительных результатов.

Первую группу составляют внутренние константы организма, взаимосвязанные гомеостатические показатели, определяющие его нормальный метаболизм. Это — содержание в организме питательных веществ, воды, ионов кислорода и углекислоты, уровень кровяного давления, температуры и других.

Вторую группу полезных приспособительных результатов составляет приспособительная деятельность организма к раздражителям внешней среды: физическим, химическим и биологическим.

К третьей группе относятся результаты деятельности человека, направленные на удовлетворение своих биологических потребностей.

В четвертую группу входят результаты социальной деятельности человека.

Существующая иерархия результатов внутри организма и его взаимодействие с окружающей средой направляют поведенческую деятельность на удовлетворение как внутренних потребностей, так и биологических. Поэтому, взаимодействуя по принципу иерархии результатов, различные функциональные системы составляют в конечном счете слаженно работающий целостный организм. Однако это целостность не является простым соединением деятельности разных функциональных систем. Это динамическое объединение, в котором наблюдается доминирование той или иной функциональной системы, имеющей в данный момент наиболее важное значение для организма. Так, например, при страхе у человека доминирует функциональная система, направленная на избежание опасности. Именно по отношению с доминирующей функциональной системой все другие системы выстраиваются в определенном иерархическом порядке — от молекулярного до социально-общественного уровня.

Значение каждого компонента функциональной системы.

Рецепторы результата.Отклонение констант от нормального для метаболизма уровня воспринимаются рецепторами, функции которых могут выполнять:

а) специализированные нервные клетки;

б) свободные окончания чувствительных нервов;

в) участки биологических мембран, чувствительные к биологически активным веществам.

Рецепторы могут быть сгруппированы в рецептивные поля (дуга аорты, сонный синус, брыжейка, корни зубов) или рассеяны диффузно по органам и тканям (болевые, температурные, тактильные).

Обнаружены рецепторы в центральной нервной системе (хеморецепторные зоны), расположенные в гипоталамусе, ретикулярной формации среднего мозга и в продолговатом мозге. Такие же специализированные рецепторы располагаются и во внутренних органах.

Следует отметить, что в каждой функциональной системе соответствующий полезный приспособительный результат воспринимается специфическими рецепторами. Так, изменения кровяного давления воспринимают специальные барорецепторы. Изменения напряжения кислорода и углекислого газа в крови воспринимаются хеморецепторами кровяного русла. Рецепторы воспринимают энергию внешнего раздражителя и трансформируют ее в энергию нервного возбуждения.

Обратная афферентация.На основе нервных и гуморальных механизмов происходит возбуждение специальных нервных центров, причем эти процессы возникают задолго до нарушения обмена веществ в тканях. Такая сигнализация выполняет двоякую функцию: с одной стороны, она играет пусковую роль, возбуждая специальные аппараты саморегуляции, с другой — постоянно информирует эти центры о результатах совершенного функциональной системой действия. Поскольку эта связь заключает в себе информацию о конечном результате, его отклонении от оптимального для метаболизма уровня или восстановлении, она была названа П. К. Анохиным обратной афферентацией.

Обратная афферентация определяет целенаправленную деятельность функциональной системы. С ее помощью ЦНС регулирует характер и выраженность приспособительных реакций организма в соответствии с условиями внешней и внутренней среды. Обратная афферентация в различных функциональных системах имеет специфический характер. Эта специфика закодирована в соответствующей форме, амплитуде, конфигурации нервных импульсов, идущих от рецепторов результата по афферентным путям в центральную нервную систему, а также в специальных химических свойствах гуморальных сигнальных раздражителей.

Однако специфика обратной афферентации все в большей степени утрачивается на более высоких этажах центральной нервной системы. И на уровне ЦНС возможны компенсаторные перестройки в пределах одной или нескольких функциональных систем, и главная роль в образовании пластических нервных связей принадлежит коре больших полушарий.

Системное объединение нервных центров.С точки зрения функциональной нервной системы нервный центр — это объединение нервных элементов различного уровня в единую функциональную систему, определяющих результаты деятельности каждой функциональной системы, и обратная афферентация, поступающая в нервную систему от результата. При этом элементы различных уровней ЦНС обеспечивают достижение определенных параметров результата.

Так, например, дыхательную деятельность по поддержанию оптимального для метаболизма уровня газов крови обеспечивают нейроны продолговатого мозга. В то же время нейроны среднего мозга и мозжечка регулируют дыхательную деятельность в связи с изменением позы и перемещением тела, нейроны гипоталамуса и лимбических образований мозга — к эмоциональным реакциям.

Корковые, и в частности пирамидные нейроны, определяют включение дыхательного акта в активную целенаправленную деятельность и т. д. Следовательно, каждая функциональная система для обеспечения своего полезного для организма в целом результата избирательно объединяет нервные элементы на различных уровнях головного мозга. Кроме того, различные функциональные системы могут использовать одни и те же нервные элементы разных уровней за счет специфических химических механизмов, характерных для каждой из них.

Исполнительный механизм функциональной системы.В зависимости от избирательного возбуждения центральных элементов различного уровня в каждой функциональной системе формируются исполнительные аппараты. В каждом конкретном случае это могут быть различные органы, которые объединяются нервными и гуморальными влияниями. При этом очень часто различные функциональные системы для достижения приспособительных результатов могут использовать одни и те же внутренние органы. Так, например, сердце используется как для поддержания постоянного уровня кровяного давления, так и для обеспечения газообмена и др. Почки кроме выделительной функции обеспечивают оптимальный для метаболизма рН крови, оптимальный уровень осмотического давления, температуру тела и др.

Все этапы возвращения результата к оптимальному для организма уровню постоянно оцениваются за счет обратной афферентации, возникающей при раздражении соответствующих рецепторов и поступающих к соответствующим центрам, расположенным на разных уровнях ЦНС. Эти процессы совершаются до тех пор, пока не будет достигнут необходимый организму результат на уровне соответствующей функциональной системы.

Таким образом, каждая функциональная система представляет циклическую, замкнутую саморегулирующуюся организацию, центральным пунктом которой является тот или иной полезный приспособительный результат.

Все функциональные системы различного уровня имеют принципиально одинаковую организацию в организме, что позволяет говорить об их изоморфизме.Вместе с тем функциональные системы могут отличаться друг от друга по степени разветвленности как центральных, так и периферических механизмов.

Деятельность функциональных систем обобщена по мультипараметрическому принципувзаимодействия различных функциональных систем. Относительная стабильность показателей внутренней среды организма является результатом согласованной деятельности многих функциональных систем.

Доказано, что различные показатели внутренней среды организма оказываются взаимосвязанными. Это проявляется в том, что изменения величины одной константы может привести к изменению параметров других констант. Например, избыточное поступление воды в организм сопровождается увеличением объема циркулирующей крови, повышением артериального давления, снижением осмотического давления плазмы крови. В функциональной системе, поддерживающей оптимальный уровень газового состава крови, одновременно осуществляется взаимодействие рН, РО₂ и РСО₂. Изменение одного из этих параметров немедленно приводит к изменению количественных характеристик других параметров.

На основе принципа мультипараметрического взаимодействия все функциональные системы гомеостатического уровня фактически объединяются в единую функциональную систему гомеостаза.Отдельные компоненты такой системы ориентированы на поддержание отдельных показателей внутренней среды организма. Другие компоненты ориентированы на достижение некоторых поведенческих результатов (поведенческое звено регуляции) в соответствии с потребностями организма поддерживать всю совокупность показателей внутренней среды организма.

Для достижения любого приспособительного результата формируется соответствующая функциональная система.

Общий план строения тела человека

Тело человека состоит из внешних и внутренних органов. К внешним органам относятся части тела человека: голова, шея, туловище и две пары конечностей — верхних и нижних. В голове различают свод черепа и область лица, в туловище — грудь, живот и спину. Верхняя конечность делится на плечо, предплечье и кисть; в последней различают области ладони, тыла и пальцы. Нижняя конечность разделяется на следующие области: ягодичную, бедро, голень и стопу, которая подразделяется на подошву, тыл стопы и пальцы. Для обозначения положения тела человека в пространстве, расположения его частей относительно друг друга используют понятия о плоскостях и осях (Атл., рис. 3, с. 5 [1]). Исходным принято считать такое положение тела, когда человек стоит, ноги вместе, ладони обращены вперед и проводят три взаимно перпендикулярные плоскости.

1. Сагиттальная плоскость расположена вертикально, проходит по середине тела и делит его на две части (правую и левую). Сагиттальную плоскость называют еще срединной плоскостью.

2. Горизонтальная плоскость пересекает тело поперечно, разделяет его на головной (краниальный) и нижний (каудальный) отделы. Симметрия тела относительно горизонтальной плоскости получила название метаметрии. В процессе развития организма головной и нижний отделы тела закладываются как симметричные образования, то есть имеют единый план строения. Однако в дальнейшем при их специализации симметрия нарушается. Элементы метамерного строения тела прослеживаются на примере скелета и мышц туловища.

3. Фронтальная плоскость делит тело и его части на передний (вентраль­ный) и задний (дорсальный) отделы.

Все плоскости симметрии располагаются взаимно перпендикулярно. В результате пересечения двух плоскостей образуется ось симметрии, или ось вращения. При пересечении сагиттальной и фронтальной плоскостей образуется вертикальная ось — это прямая линия, соединяющая краниальные и каудальные симметричные точки тела или его частей. При вращении звена тела вокруг вертикальной оси его движение происходит строго в горизонтальной плоскости. Сагиттальная ось образуется при пересечении горизонтальной и сагиттальной плоскостей. Это прямая линия, соединяющая симметричные точки передней и задней половин тела или его частей. При вращении звена тела вокруг сагиттальной оси движение происходит строго во фронтальной плоскости. Поперечная ось образуется при пересечении фронтальной и горизонтальной плоскостей. Она соединяет симметричные точки левой и правой половин тела. При вращении звена тела вокруг поперечной оси движение осуществляется в сагиттальной плоскости. Таким образом, оси вращения имеют важное значение при движении отдельных звеньев тела. Внешние части тела определяют общее строение, пропорции, половые различия и конституцию человека.

Средняя длина тела взрослых (20—60 лет) равна у мужчин 165 см, у женщин — 154 см. Рост тела в длину прекращается у женщин в 16—17 лет, у мужчин — в 18—19 лет.

Пропорции тела зависят от возраста и пола. В процессе развития плода у него усиленно сначала растут верхние отделы тела, а после рождения нижние. Поэтому после рождения высота головы увеличивается только в 2 раза, длина туловища — в 3 раза, рук — в 4 раза, а ног — в 5раз. Имеются половые различия в пропорциях тела: у женщин несколько уже плечи и значительно шире таз, немного короче руки и ноги, а туловище длиннее (Атл., рис. 1, с. 5).

Половые признаки, отличающие мужчин от женщин, делятся на первичные и вторичные. К первичным относятся органы размножения — половые железы, наличием которых определяется пол; остальные признаки относятся к вторичным. У женщин меньше рост (в среднем на 12 см) и масса тела.

Грудная клетка у женщины короче и уже мужской, вследствие чего живот у женщины длиннее. Мышечная масса у мужчин в среднем составляет 40% от всей массы тела, тогда как у женщин только 32%, поэтому физическая сила женщины меньше мужской. У женщины жировая ткань развита значительнее, чем у мужчины. Характерным вторичным половым признаком у женщины является наличие развитых молочных желез, которые у мужчины находятся в зачаточном состоянии. Кожа у мужчин толще и грубее и более волосиста, особенно на лице.

Опорными структурами организма служат костная и мышечная системы, ограничивающие полости, в которых расположены внутренние органы (Атл., рис. 8, 9, с. 10). Каждый орган имеет определенную для него форму строение и занимает определенное положение в организме. Любой орган состоит из двух основных компонентов: паренхимы и стромы. Паренхима — это совокупность клеточных элементов органа, осуществляющих его специфическую функцию. Паренхима может быть представлена разными видами ткани: кроветворной тканью (например, селезенка), эпителием (железы), нервными клетками (нервные узлы).

Строма — остов органов, образованный соединительной тканью, в которой заключены нервы, кровеносные и лимфатические сосуды. Вместе с паренхимой строма осуществляет функции органов. В строме выделяют оболочки и септы (перегородки, трабекулы), разделяющие структурные единицы органов. Опорная функция стромы обеспечивается волокнистыми структурами — коллагеновыми и эластическими волокнами.

Для выполнения ряда функций одного органа оказывается недостаточно, поэтому в организме имеются комплексы органов — системы. Система органов — это совокупность однородных органов, сходных по своему общему строению, функции и развитию. Это морфологическое и функциональное объединение органов, имеющих общий план строения, общее происхождение и связанных друг с другом анатомически и топографически. Так, например, костная система есть совокупность костей, имеющих однородное строение, функцию и развитие.

То же можно сказать про мышечную, сосудистую или нервную систему (Атл., рис. 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, с. 8—13).

Отдельные органы и системы органов, имеющие неодинаковое строение и развитие, могут объединяться для выполнения общей функции. Такие функциональные объединения разнородных органов называют аппаратом. Например, аппарат движения включает костную систему соединения костей и мышечную систему. В полостях тела — грудной и брюшной — расположены внутренние органы, такие, как органы пищеварения, дыхания, мочеотделения, размножения и связанные с ними железы внутренней секреции.

Для обозначения положения органов и частей тела используют следующие термины: медиальный, если орган (органы) лежит ближе к срединной плоскости; латеральный (боковой), если орган расположен дальше от срединной плоскости; промежуточный, если орган лежит между двумя соседними образованиями; внутренний (лежащий внутри) и наружный (лежащий кнаружи), когда говорят об органах, расположенных соответственно внутри, в полости тела и вне его; глубокий (лежащий глубже) и поверхностный (расположенный на поверхности) для определения положения органов, лежащих на различной глубине. К ним подходят сосуды, несущие кровь и лимфу (Атл., рис. 10, 11, с. 11—12) и нервы, составляющие вместе со спинным и головным мозгом нервную систему (Атл., рис. 12, с. 13). Пути, проводящие жидкости и раздражения, образуют анатомическую основу объединения организма при помощи нейрогуморальной регуляции при ведущей роли нервной системы, о чем говорилось выше.

Организм человека находится в определенном равновесии с окружающей средой, которое достигается благодаря определенным морфологическим и функциональным особенностям его и обозначаются как норма. Норма — это гармоническая совокупность таких вариантов строения и соотношения таких структурных данных организма, которые характерны для человека и обеспечивают полноценное выполнение биологических и социальных функций. Однако встречаются аномалии, то есть отклонение от нормы, выраженные в различной степени. Они являются результатом неправильного развития, но не нарушают установившегося равновесия организма со средой и, следовательно, не отражаются на функции. Например, правостороннее расположение сердца. Встречаются аномалии, которые нарушают функции организма или отдельных органов (например, расщелина неба, заячья губа) или могут привести его к полной нежизнеспособности (например, отсутствие черепа, отсутствие сердца).