Надежность живых систем. Механизмы регуляции жизнедеятельности организма

Надежность биологических систем

Надежностью биологической системы называют ее способность со­хранять целостность и выполнять свойственные ей функции в те­чение определенного времени, составляющего, как правило, продол­жительность жизни.

Принципи надежности

Свойство надежности обеспечивается рядом принципов:

1. Принцип избыточности

Принцип избыточности — обусловлен наличием боль­шего,   чем   требуется   для   реализации функции  числа   элементов, например,  множества нервных клеток и связей между ними (струк­турная   избыточность),   множества   каналов   передачи   информации, излишнего   ее   объема   (информационная  избыточность)  и  т.п..

2. Принцип резервирования функции

Принцип резервирования функции — обеспечи­вается наличием в системе элементов, способных переходить из состояния покоя к деятельности.  Это происходит, например, при не­обходимости   повысить  интенсивность  функционирования,   для  чего вовлекаются   резервные   элементы.   Так,   при   спокойном   дыхании функционируют   (вентилируются)   не   все   альвеолы   легких,   а   при усилении   дыхания   включаются   резервные;   в   работающей   мышце открываются нефункционирующие в покое капилляры.  Приведенный вариант   реализации  принципа   резервирования   ведет  к   увеличению числа функционирующих в системе элементов. Особое значение приобретает наличие резервных элементов при повреждении или отказе части действующих структур. При этом вовлечение резервных элементов  обеспечивает сохранение  функции.

3. Принцип периодичности функционирования

Принцип периодичности функционирования обеспечивает переменную структуру системы и в состоянии физио­
логического покоя. Так, в легких постоянно происходит смена вен­тилируемых   альвеол,   в   почках — функционирующих   нефронов,   в мозге — возбуждающихся нервных клеток центра и т.д.  Периодич­ ность функционирования «дежурных» и «покоящихся» структур обес­ печивает  защитную  роль  состояния  покоя для  всех  элементов  по­ стоянно действующей системы.

4. Принцип взаимозаменяемости и замещения функций

Принцип   взаимозаменяемости  и  замещения функций — обеспечивает возможность перестройки функциональ­
ных свойств элементов системы, что способствует сохранению функ­ции   в   условиях   отказа   или   повреждения   других   элементов.   Для центральной нервной системы это проявляется в пластичности моз­га,  т.е.  изменении  эффективности  и  направленности  связей  между нейронами, способствующей обучению или восстановлению функции после повреждения.   Примером замещения  функций может являться изменение  дыхания,  деятельности  почек  при   сдвигах  рН   крови  и
недостаточной эффективности буферных систем.

5. Принцип дублирования

Принцип дублирования, связан, например, с наличи­ем в организме парных органов (легкие, почки). В системах регулирования этот принцип проявляется не только наличием одинако­вых структурных элементов — параллельным расположением в нерве большого числа одинаковых нервных волокон, существованием многочисленных клеток или многоклеточных структур с одинаковой функцией (нейроны в мозге, нефроны в почке, тканевые капилля­ры). Он также обеспечивает одинаковый эффект разными путями регуляции (симпатический и парасимпатический пути регуляции функций сердца, множество сахаррегулирующих гормонов и т.п.). Многоконтурность в системах регуляции физиологических параметров — один  из  основных  способов реализации дублирования.

6. Принцип смещения в ряду сопряженных функций

Принцип  смещения  в  ряду  сопряженных функций обеспечивает достижение приспособительного результа­та   при   нарушении   одной   из   функций   за   счет   активации  другой. Например,  при нарушении внешнего дыхания  и поступления кислорода в кровь активируется  образование эритроцитов,  изменяются функции   кровообращения,   вследствие   чего   доставка   кислорода   к тканям не  страдает.

7. Принцип усиления, существующий в системах регуляции

Принцип    усиления,  существующий в системах регуляции,  обеспечивает их энергетическую экономичность и в конечном счете также способствует надежности. Для получения мощного регуляторного эффекта совсем не обязательно посылать столь же боль­шое количество сигналов по информационным каналам. Так, весьма небольшое количество молекул гормона может вызвать существенное изменение функции. Изменение лишь одной аминокислоты в детерминантной   группе   белка   может   придать   ей   чужеродность,   а   для иммунного  ответа  необходимо  очень  малое   количество  чужеродных молекул.

Надежность биологических систем обеспечивается и способностью к увеличению массы элементов, испытывающих постоянные рабочие нагрузки (гипертрофия), и регенеративными процессами, восстанав­ливающими структуру при гибели клеток. Для организма в целом важнейшим способом повышения надежности является приспособи­тельное поведение.

Реактивность

Необходимым свойством живой системы, влияющим на эффек­тивность механизмов регуляции, является реактивность.
Реактивность — это способность живой системы в большей или меньшей мере, так или иначе отвечать (реагировать) изменениями обмена веществ и функции на раздражители внешней или внутренней сре­ды.
Являясь одним из основных свойств, присущих всем уровням организации живой системы, реактивность зависит от функционального состояния реагирующего субстрата. Поэтому характер ответной реакции любой живой системы определяется не только качествен­ными и количественными характеристиками раздражителя, но и ре­активностью самой системы. Соответственно, эффекты регуляторных сигналов (нервных импульсов, молекул химических веществ) зависят не только от характеристик этих сигналов, но и от реактивности регулируемого  объекта,  т.е.  эффектора.

Одно из проявлений свойства реактивности получило название правила исходного состояния, согласно которому ве­личина и направленность эффекта регуляторного сигнала зависит от особенностей метаболизма и функции, имевшихся в регулируемой системе перед действием этого сигнала. Сущность этого правила проявляется в следующем. Если функция клетки, ткани, органа или физиологической системы, либо метаболические пути находятся в активированном состоянии, то на стимулирующий регуляторный сигнал отмечается или слабый эффект, или отсутствие эффекта, или даже противоположный эффект, а регулятор подавляющего действия, напротив, вызывает максимально возможный эффект. Если же в исходном состоянии функция или метаболизм снижены, то стиму­лирующий регулятор вызывает максимальный эффект, а действие подавляющего регулятора ослаблено или даже приводит к стимуля­ции эффектора.

Механизмы регуляции жизнедеятельности организма

Механизмы регуляции жизнедеятельности организма принято де­лить на нервные и гуморальные. Первые используют для передачи и переработки информации структуры нервной системы (нейроны, нервные волокна) и импульсы электрических потенциалов, вторые — внутреннюю  среду и  молекулы  химических  вешеств.

1. Нервная регуляция

Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов, которые в виде нервных импульсов по соответствующим нервным проводникам поступают к определенному адресату — объ­екту регуляции. Быстрая передача сигналов (до 80-120 м/с) без затухания и потери энергии обусловлена свойствами проводящих возбуждение структур, преимущественно состоянием их мембран. Нервной  регуляции  подлежат  как  соматические   (деятельность  скелетной мускулатуры), так и вегетативные (деятельность внутренних органов) функции. Это универсальное значение нервной регуляции жизнедеятельности и физиологических функций было положено в основу концепции нервизма, рассматривающей целостность организ­ма как результат деятельности нервной системы. Однако абсолюти­зация этой концепции до теории физиологии не оставляет места для многообразия уровней и связей в системе регуляции жизнедеятель­ности механизмов интеграции функций. Элементарный и основной принцип нервной регуляции  — рефлекс.

2. Гуморальная регуляция

Гуморальная регуляция представляет собой способ передачи регу­лирующей информации к эффекторам через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделя­емых клетками или специализированными тканями и органами. Этот вид регуляции жизнедеятельности может обеспечивать как относи­тельно автономный местный обмен информацией об особенностях метаболизма и функции клеток и тканей, так и системный эффе­рентный канал информационной связи, находящийся в большей или меньшей зависимости от нервных процессов восприятия и перера­ботки информации о состоянии внешней и внутренней среды. Со­ответственно, гуморальную регуляцию подразделяют на местную, малоспециализированную саморегуляцию, и высокоспециализирован­ную систему гормональной регуляции, обеспечивающую генерализо­ванные эффекты с помощью гормонов. Местная гуморальная регу­ляция (тканевая саморегуляция) практически не управляется нервной системой, тогда как система гормональной регуляции составляет часть  единой  нейро-гуморальной  системы.

Деление механизмов регуляции жизнедеятельности организма на нервные и гуморальные весьма условно и может использоваться только для аналитических целей как способ изучения. На самом деле,  нервные  и гуморальные  механизмы  регуляции  неразделимы.

Во-первых, информация о состоянии внешней и внутренней сре­ды воспринимается почти всегда элементами нервной системы (ре­цепторы), обрабатывается в нервной системе, где может трансфор­мироваться в сигналы исполнительных устройств либо нервной, либо гуморальной природы. Следовательно, для второго и третьего уров­ней системы регуляции физиологических функций управляющим уст­ройством  является,   как  правило,   нервная  система.

Во-вторых, сигналы, поступающие по управляющим каналам нервной системы передаются в местах окончания нервных провод­ников в виде химических молекул-посредников, поступающих в микроокружение клеток, т.е. гуморальным путем. А специализиро­ванные для гуморальной регуляции железы внутренней секреции управляются нервной  системой.

Таким образом, следует говорить о единой нейро-гуморальной сис­теме регуляции физиологических функций. Однако, руководствуясь дидактикой, механизмы нервной (рефлекторной) и гуморальной ре­гуляции  будут рассмотрены  раздельно.

Иисус Христос объявил: Я есмь Путь, и Истина, и Жизнь. Кто же Он на самом деле ?

Жив ли Христос? Воскрес ли Христос из мертвых? Исследователи изучают факты

РЕКЛАМА