2.2. Регуляция функций в организме

Взаимосвязан­ная и нормальная жизнедеятельность всех составных час­тей организма человека возможна только при условии сохранения относительного физико-химического постоян­ства его внутренней среды, которая включает три компо­нента: кровь, лимфу и межтканевую жидкость, непосред­ственно омывающую клетки.

Сохранение относительного физико-химического по­стоянства внутренней среды организма называют гомеостазом. Важную роль в сохранении этого постоянства иг­рает гуморальная и нервная регуляция функций.

Гуморальная, или жидкостная (от лат. humor — жид­кость), регуляция функций появилась еще на первых эта­пах эволюции животных организмов. Она была связана со способностью клеток изменять интенсивность процес­сов жизнедеятельности в зависимости от изменения физико-химических параметров среды. Например, изменяя в крови и межтканевой жидкости концентрацию ионов водо­рода или солей различных металлов можно стимулиро­вать или тормозить процессы жизнедеятельности в клет­ках и тканях.

Гуморальная регуляция осуществляется с помощью веществ, которые поступают в кровь и лимфу, а оттуда разносятся по всему организму. К этим веществам относятся:

1) гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, способные активировать или тормозить функциональную деятельность органов и систем;

2) физиологически активные вещества (метаболиты), появляющиеся в результате обмена веществ (промежуточные продукты);

3) медиаторы – продукты, возникающие в процессе возбуждения в нервных окончаниях, осуществляют передачу нервного импульса с одних нервных клеток на другие, а также на клетки периферических органов.

Все процессы в тканях, органах и в организме в целом регулируются с помощью химических веществ. Многие из них способны оказывать воздействие в очень малых дозах, поэтому их называют биологически активными веществами.

В организме есть специальные органы, вырабатывающие эти вещества – это железы (рис. 2.2).

К железам внутренней секреции относятся: гипофиз, надпочечники, щитовидная, поджелудочная железы, паращитовидная, половые и т.д.

Смешанные железы одновременно выполняют внешнесекреторную и внутрисекреторную функции. К ним относятся поджелудочная и половые железы.

Гормоны (от греч. hormao – побуждаю, привожу в действие) – биологически активные вещества, выделяемые железами внутренней секреции.

Свойства гормонов:

1. Орган, на который действуют гормоны, может быть расположен далеко от желез.

2. Гормоны действуют только на живые клетки.

3. Действие гормонов строго специфично: некоторые действуют лишь на определенные органы-мишени, другие влияют на строго определенный тип обменных процессов.

4. Обладают высокой биологической активностью и оказывают действие в очень малых концентрациях.

Функции гормонов:

1. обеспечивают рост и развитие организма;

2. обеспечивают адаптацию организма к постоянно меняющимся условиям окружающей среды;

3. обеспечивают гомеостаз;

4. контролируют процессы обмена веществ;

5. определяют наступление полового созревания;

6. участвуют в молекулярных механизмах передачи наследственной информации и в определении периодичности некоторых функциональных процессов организма – биологических ритмов (это доказано в последние годы).

На разных ступенях эволюционного развития доля участия химической регуляции не одинакова: чем сложнее организм, тем меньше роль принадлежит в нем химической регуляции и больше нервной. У человека гуморальная регуляция не существует независимо от нервной.

Нервная регуляция осуществляется с помощью рефлекторных актов, возникающих при раздражении рецепторов химическими веществами (гистамином, ацетилхолином и т. д.).

Учение о ведущей роли нервной системы в обеспечении целостности организма разработал И.П. Павлов: физиологические процессы в целостном организме возникают соответственно тем влияниям, которые передаются из ЦНС. Благодаря тому, что все органы и ткани пронизаны нервными окончаниями, связь в организме осуществляется согласованно, соответственно действию раздражителей и сравнительно быстро. Передача нервных импульсов (электрических сигналов) осуществляется рефлекторно.

Рефлекс – ответная реакция организма на раздражение рецепторов, осуществляющаяся при участии НС.

Значение рефлекса: с их помощью устанавливается взаимодействие различных систем целостного организма и его адаптация к постоянно меняющимся условиям среды.

В биологическом отношении рефлекс – приспособительная реакция.

Путь, по которому проходят импульсы, вызывающие появление рефлекса, называется рефлекторной дугой (рис. 2.2).

Звенья рефлекторной дуги:

1) чувствительные нервные окончания (рецепторы), воспринимающие раздражение и преобразующие его в нервный импульс;

2) центростремительные (чувствительные, афферентные) нервы, передающие возбуждение от рецептора в ЦНС;

3) нервный центр – возбуждение переключается с чувствительных нейронов на двигательные;

4) центробежные (двигательные, эфферентные) нервы, по которым импульсы проводятся к периферическому органу;

5) рабочий орган (эффектор), выполняющий ответную реакцию.

Однако рефлекторная дуга отражает только ответную реакцию организма. В действительности на этом рефлекторный акт не заканчивается. Он переходит в оценку нервной системой тех результатов, которые были получены. Если бы от каждого этапа проводимых действий не поступало бы информации о том, как выполняется действие  и соответствует ли оно исходному замыслу, то согласованной деятельности в организме получить было бы нельзя. Например, человек должен взять карандаш. Если основываться на представлении о  рефлекторной дуге, то рефлекторное действие закончится взятием предмета. Но ведь человек может случайно взять не карандаш, а ручку. В этом случае он исправит свою ошибку и возьмет карандаш. Значит вновь будут возникать эфферентные раздражители, которые должны опять поступать в ЦНС.

В соответствии с этим представлением рефлекторная реакция имеет не дугообразный, а кольцевой путь, поэтому следующими звеньями будут:

6) обратная афферентация (передача импульсов от исполнительного органа);

7) новая мозговая работа, уточняющая приказы исполнительным органам.

Таким образом, осуществляется принцип обратной связи.

Вся деятельность человека осуществляется рефлекторно. По принципу рефлекса осуществляется: отделение слюны в ответ на раздражение вкусовых рецепторов, мигание – при раздражении рецепторов в роговице глаза и т.д. Эти реакции являются врожденными,  передающимися по наследству, называются безусловными. Другую группу составляют рефлексы, возникающие в определенных условиях в процессе индивидуального развития организма – это приобретенные или условные рефлексы.

Итак, между мозгом и всеми органами существует двусторонняя связь: от органов к мозгу и от мозга к органам. Благодаря этой связи мозг обеспечивает соответствие работы органов потребностям организма.

В организме гуморальная и нервная регуляция функций тесно связаны, и целесообразнее говорить о единой нервно-гуморальной регуляции организма, которая обеспечивает важную особенность организма – способность к саморегуляции жизнедеятельности,  т. е. при любом отклонении от нормального состава внутренней среды организма включаются нервные и гуморальные процессы, возвращающие его к исходному уровню. Именно эта способность обеспечивает поддержание в организме гомеостаза. Например, регуляция темпе­ратуры тела человека. Температура тела может отклоняться от нормального уровня (36,5 °С) в результате различных воздействий: патологических процессов, холо­да, физической работы и т. д. Изменение температуры те­ла, например ее увеличение, регистрируется специальными нервными приспособлениями в животных организмах — рецепторами. От рецепторов «сообщение» об увеличении температуры тела поступает в централь­ные отделы нервной системы — главный регулирующий орган.

Moзг принимает «решение» и «выдает» соответ­ствующие «распоряжения», деятельность организма изме­няется: обмен веществ в клетках снижается и уменьшается производство энергии, т. е. теплопродукция уменьшается. Одновременно в организме увеличивается теплоотдача: кровеносные сосуды кожи расширяются, и увеличивается потоотделение, в результате тело отдает больше тепла в окружающую среду. Принятые «меры» не толь­ко возвращают температуру тела к своему нормальному уровню, но и приводят к ее снижению. Снижение темпера­туры тела регистрируется рецепторами, и происходят об­ратные изменения. В итоге температура нашего тела ко­леблется в незначительных пределах и является величи­ной относительно постоянной. Стабилизация температуры осуществляется благодаря динамическому равновесию двух противоположных процессов, вызывающих ее сниже­ние или увеличение.

Нервная система – совокупность специальных структур, объединяющая и координирующая деятельность всех органов и систем организма в постоянном взаимодействии с внешней средой.

Значение нервной системы:

1)  обеспечивает согласованную работу всех органов и систем организма. Например, сокращение скелетных мышц, регуляция тонуса сосудов, сердечных сокращений;

2)  обеспечивает единство организма. При изменении деятельности одного органа, изменяется деятельность других;  

3)  осуществляет ориентацию организма во внешней среде и приспособительные реакции на ее изменения;   

4)  обеспечивает связь организма со средой;

5)  составляет материальную основу психической деятельности: речь, мышление, социальное поведение.

И.П. Павлов говорил, что нервная система – распорядитель и распределитель всех функций в организме.       

Классификация отделов нервной системы:

- по функциям:

1. соматическая – осуществляет связь организма с внешней средой: воспринимает раздражения, регулирует сокращения поперечно-полосатой мускулатуры и т. д. Она подчинена воле человека;

2. вегетативная – регулирует обмен веществ и деятельность внутренних органов, обеспечивает согласованность функционирования сердечно-сосудистой, пищеварительной и других систем, трофическую иннервацию скелетных мышц. Она не подчинена воле человека.

Вегетативная нервная система (ВНС) делится на 2 отдела:

2.1. симпатическая нервная система – включается во время интенсивной работы, требующей затраты энергии;

2.2. парасимпатическая нервная система – способствует восстановлению запасов энергии во время сна и отдыха.

ВНС осуществляет 2 влияния:

1. функциональное – влияние, изменяющее деятельность тканей и органов (например, усиление или ослабление перистальтики кишечника);

2. трофическое – изменение обмена веществ в органах и тканях, процессов питания.

Регулирующее влияние на ВНС оказывает кора больших полушарий через нижележащие отделы головного мозга, в частности через продолговатый мозг и гипоталамус.

Оба отдела ВНС действуют совместно, взаимно дополняют друг друга под контролем коры больших полушарий, этим обеспечивается согласованная деятельность органов и систем.

Действие отделов вегетативной нервной системы

Органы

Симпатическая нервная

система

Парасимпатическая нервная система

Сердце

Артерии

Кишечник

Потовые железы

Зрачок

Кол-во сахара в крови

Потребление О2

Учащает сокращения

Сужаются, АД­

Уменьшается перистальтика

Усиливают секрецию

Расширяется

Увеличивается

Увеличивается

Замедляет сокращения

Расширяются, АД¯

Усиливается перистальтика

Не влияет

Сужается

Уменьшается

Уменьшается

Нервы - скопления отростков нервных клеток вне ЦНС, заключенные в общую соединительно-тканную оболочку и проводящие нервные импульсы:

а) чувствительные – образованы дендритами чувствительных нейронов;

б) двигательные – аксонами двигательных нейронов;

в) смешанные нервы – аксонами и дендритами;

г) нервные узлы – скопления тел нейронов вне ЦНС.

Возбуждение передается с помощью нервных импульсов. Нервный импульс – электрический сигнал, распространяющийся по клеточным мембранам.

Нервная система состоит из:

1. нейронов (нервных клеток) – структурная и функциональная единица нервной ткани. Функции: восприятие, проведение, обработка информации;

2. нейроглии (опорных, Шванновских клеток). Функции: опора, защита, питание нейронов.

Рис. 2.4. Схема строения нервной клетки

Нейрон имеет тело и отростки.


В теле имеется ядро, тигроидное вещество (гранулы, в которых образуются медиаторы), митохондрии.

Отростки:

Дендриты – чувствительные отростки; их количество может составлять от 1 до 1000.

Аксон – двигательный отросток, всегда один, длина до 1 м.

Отростки нейронов, покрытые оболочками – нервное волокно. Нервные волокна, соединяясь, формируют нервные пучки, которые образуют нервы. Тела нервных клеток, лежащие за пределами ЦНС, образуют нервные узлы (ганглии).

Классификации нейронов:

- в зависимости от функций:

1. чувствительные – к ним поступает возбуждение от рецепторов, и они передают его в ЦНС;

2. двигательные – передают возбуждение от чувствительной клетки на рабочий орган;

3. вставочные (ассоциативные) – соединяют чувствительные и двигательные нейроны.

- в зависимости от числа отростков (рис. 2.5):

1. мультиполярные имеют много дендритов;

2. биполярные – один дендрит, один аксон;

3. униполярные (псевдоуниполярные) – один отросток.

Рис. 2.5. Типы нейронов по строению

Нейроны обладают способностью к передаче возбуждения благодаря синапсам.

Синапс (от греч synapsis – соединение, связь) – структура, обеспечивающая морфофункциональную связь аксонного окончания одного нейрона с другим нейроном или телом нервной клетки.

Классификация синапсов:

- по локализации:

1. аксосоматические – между телом нервной клетки и аксоном;

2. аксодендритические – между аксоном одной нервной клетки и дендритом другой;

3. аксоаксональные – между аксонами нервных клеток.

- по структуре:

1. межнейронные;

2. рецепторно-нейронные;

3. нейроэффекторные (например, нервно-мышечный синапс).

- по механизму передачи:

1. химические – посредством медиаторов;

2. электрические – посредством электрического импульса;

3. смешанные.

- по знаку действия:

1. возбуждающие;

2. тормозные.

Синапс состоит из пресинаптической, постсинаптической мембран и синаптической щели (рис. 2.6).

Мозг состоит из серого и белого вещества:

Серое вещество – скопление тел нейронов. В спинном мозге расположено в центре, в головном – распределено на поверхности.

Белое вещество – состоит из нервных волокон, покрытых оболочками.

Головной и спинной мозг покрыт тремя оболочками:

1. твердой – наружной, соединительно-тканной, выстилающей внутреннюю полость черепа и позвоночного канала;

2. паутинной – распределена под твердой – тонкая оболочка с небольшим количеством нервов и сосудов;

3. сосудистой – сращена с мозгом, содержит много кровеносных сосудов. Между паутинной и сосудистой оболочками образуются полости, заполненные жидкостью.

Функции оболочек мозга:

1. служат для защиты нервной ткани от механических повреждений;

2. являются барьером, препятствующим проникновению микробов и различных веществ в мозг;

3. содержит кровеносные сосуды, участвующие в секреции спинномозговой жидкости.

Спинной мозг находится в позвоночном канале и представляет собой тяж длиной 45 см, диаметром 1 см, который вверху переходит в продолговатый мозг, а внизу заканчивается на уровне двойного поясничного позвонка.

Имеет два утолщения: шейное и поясничное – от них отходят нервы к конечностям. Двумя бороздами спинной мозг делится на правую и левую половины.

Серое вещество распределяется в центре вокруг спинномозгового канала и на поперечном разрезе имеет вид крыльев бабочки (рис. 2.7). Части этой «бабочки» называются рогами. Выделяют передние, боковые и задние рога. Белое вещество окружает серое.

От спинного мозга отходит тридцать одна пара спинно-мозговых нервов. Каждый нерв начинается двумя корешками – передними и задними:

- задние корешки – чувствительные, состоят из отростков центростремительных нейронов. Их тела распределены в спинномозговых узлах;

- передние корешки – двигательные, состоят из отростков центробежных нейронов. Тела распределены в передних рогах.

На выходе из спинного мозга передние и задние корешки сливаются и образуют смешанный спинномозговой нерв. По кол-ву спинномозговых нервов спинной мозг делят на тридцать один сегмент.

Функции спинного мозга:

1. Рефлекторная – принимает участие в двигательных реакциях (сгибание, разгибание и т.д.).  Каждый рефлекс осуществляется при участии строго определенного участка ЦНС – нервного центра.

Нервный центр – совокупность нервных клеток, расположенных в одном из отделов мозга и контролирующих деятельность какого-либо органа или системы. Состоит из вставочных нейронов. В него поступают нервные импульсы от рецепторов и формируются импульсы, передающиеся на исполнительный орган.

Например, центр коленного рефлекса (безусловный рефлекс) – в поясничном отделе спинного мозга (вызывается поколачиванием по расположенному под кожей сухожилию четырехглавой мышцы), центр мочеиспускания – в крестцовом, центр расширения зрачка – в верхнегрудном сегменте спинного мозга.

2. Проводниковая – белое вещество, образует проводящие пути, по которым передаются нервные импульсы в двух направлениях:

- по восходящим путям – от рецепторов кожи, мышц, внутренних органов в головной мозг;

- по нисходящим – из головного мозга в спинной, а затем на периферию – к органам.

Рис. 2.7. Строение сегмента спинного мозга

Деятельность спинного мозга находится под контролем головного мозга.

Головной мозг располагается в мозговом отделе черепа. Его вес 1300 — 1500 г  (до 2000 г).

В головном мозге различают шесть отделов (рис. 2.8): продолговатый мозг, мост, мозжечок, средний, промежуточный мозг и кора больших полушарий (КБП).

Головной мозг делится на стволовую часть (продолговатый, средний, промежуточный мозг) и полушария (рис. 2.8).

В мозге — четыре сообщающихся между собой полости – мозговые желудочки, заполненные жидкостью. Первый и второй желудочки – в больших полушариях, третий – в промежуточном, четвертый — в заднем мозге.

От головного мозга отходят двенадцать пар черепно-мозговых нервов.

По функциям нервы делятся:

1. чувствительные (обонятельный, зрительный, слуховой);

2. двигательные (блоковый, отводящий, подъязычный);

3. смешанные (тройничный, блуждающий).

СТВОЛ МОЗГА

Продолговатый мозг является продолжением спинного мозга, сохраняет его строение и форму; состоит из белого вещества, в котором располагаются скопления серого вещества – ядра. От ядер берут начало черепно-мозговые нервы с IX по XII пары (IX – языкоглоточный; X — блуждающий; XI — добавочный, XII — подъязычный). Эти нервы иннервируют мышцы языка (XII), сердца, желудок, дыхательные органы (X), мышцы шеи (XI). Здесь находятся центры жевания, сосания, глотания, слюноотделения, кашля, чихания, рвоты.

Вследствие повреждения продолговатого мозга может наступить смерть в результате прекращения дыхания и деятельности сердца.

Например, дыхательный центр – образован несколькими группами клеток, расположенными в разных отделах продолговатого мозга. В дыхательном центре вентрально лежит центр вдоха, дорсально – центр выдоха. Импульсы из дыхательного центра поступают в спинной мозг, иннервирующий диафрагму и межреберную мускулатуру.

Функции продолговатого мозга:

1. проводниковая – связь спинного и вышележащих отделов головного мозга (передача импульсов);

2. регуляторная – регуляция дыхания, сердечно-сосудистой системы, деятельности сердца, пищеварения;

3. рефлекторная – рефлексы (сосания, дыхания, моргания, кашель и т.д.).

Варолиев мост – небольшая часть мозга между продолговатым и средним мозгом. Состоит из множества волокон, образующих проводящие пути. В веществе моста находятся ядра V-VIII пары ЧМН (V — тройничный нерв, VI — отводящий, VII — лицевой, VIII — слуховой).

Функции варолиева моста:

1. проводниковая – содержит восходящие и нисходящие нервные пути и нервные волокна, соединяющие полушария мозжечка между собой и с корой больших полушарий;

2. рефлекторная – отвечает на вестибулярные и шейные рефлексы, регулирующие тонус мышц, в том числе мимических, орган слуха.

Мозжечок – находится позади продолговатого мозга. Серое вещество расположено на поверхности и образует кору мозжечка. Белое вещество – в глубине. В толще белого вещества имеются ядра серого. Мозжечок состоит из двух полушарий, соединенных червем.

Функции  мозжечка:

1. координация движений, поддержание тонуса мышц, равновесия. При поражении его изменяется походка, снижается тонус мышц;

2. участвует в регуляции вегетативной функции (состава крови, желудочно-кишечного тракта).

Средний мозг расположен впереди варолиева моста. Состоит из четверохолмия и ножек мозга. В центре его расположен узкий канал – водопровод мозга. Он окружен серым веществом. В четверохолмии расположены первичные (подкорковые) зрительные слуховые центры. В ножках мозга - ядра III (глазодвигательного) и IV (блокового) нервов.  В среднем мозге находится черная субстанция (регулирует глотание и жевание), красное ядро (регулирует тонус скелетных мышц).

Функции среднего мозга:

1. проводниковая; 

2. рефлекторная:

- ориентировочные рефлексы на зрительные и слуховые раздражители, которые проявляются в повороте головы и туловища;

- регуляция мышечного тонуса и позы тела.

ПОДКОРКА

Промежуточный мозг расположен впереди среднего мозга. Состоит из нескольких отделов:

1. Зрительные бугры (таламус) с ядрами II пары зрительных нервов.

Функции зрительных бугров:

- сбор и оценка всей поступающей информации от органов чувств;

- выделение и передача в кору мозга наиболее важной информации;

- регуляция эмоционального поведения.

2. Подбугорная область (гипоталамус)

Функции подбугорной области:

- высший подкорковый центр ВНС и всех жизненно важных функций;

- обеспечение постоянства внутренней среды и обменных процессов в организме;

- регуляция мотивационного поведения и защитные реакции (жажда, голод, насыщение, страх, ярость, удовольствие, неудовольствие);

- участие в смене сна и бодрствования.

Кора больших полушарий — наиболее развитый отдел головного мозга. Состоит из двух полушарий, которые соединены мозолистым телом (образовано белым веществом). В каждом полушарии различают: кору, обонятельный мозг, подкорковые ядра.

У человека наиболее развита кора – филогенетически наиболее молодое образование мозга, толщина которой 2-4 мм. Кора состоит из большого кол-ва клеток (до 15 млрд.), расположенных послойно. Слои:

1. молекулярный – беден нервными клетками. Много отростков нейронов нижележащих слоев;

2. наружный зернистый – из большого количества пирамидных, треугольных и зернистых клеток; 

3. пирамидный – самый широкий, образован нейронами пирамидной формы;

4. внутренний зернистый – образован мелкими звездчатыми нейронами;

5. внутренний пирамидный – залегают очень крупные пирамидные клетки;

6. полиморфный – состоит из клеток разной формы.

Нервные клетки, образующие кору больших полушарий, связаны между собой с помощью нервных волокон. Различают волокна двух типов:

- горизонтальные – соединяют участки коры;

- вертикальные – соединяют кору и подкорку.

Кора покрыта многочисленными бороздами, которые образуют извилины – складки коры, ограниченные бороздами.

За счет борозд и извилин площадь поверхности коры составляет около 220 тыс.  мм2. У трехмесячного зародыша поверхность полушарий гладкая, но кора растет быстрее, чем черепная коробка, поэтому кора образует складки.

Борозды делят поверхность полушарий на доли: лобную, теменную, височную, затылочную. Особенно развиты лобные доли. Их масса составляет 50 % массы головного мозга.

Самые глубокие борозды:

- центральная – отделяет лобные доли от теменных;

- боковые – отделяют височные доли от остальных;

- теменно-затылочные – отделяют теменную долю от затылочной.

Кпереди от центральной борозды располагаются передняя центральная извилина, позади нее – заднецентральная.

Возбуждение от разных рецепторов поступает в разные участки коры, а оттуда передается к определенному органу. Эти участки называются зонами.

В коре выделяют несколько зон:

- слуховую – в височной доле, воспринимает, анализирует импульсы от слухового рецептора;

- зрительную – в затылочной области, воспринимает зрительные сигналы, формирует зрительные образы;

- общечувствительную – в теменной доле, болевая, температурная, тактильная чувствительность;

- двигательную – в лобной доле: центры сокращений рук, ног, шеи, туловища, языка и т. д. (переднецентральная извилина).

В этих зонах происходит анализ и синтез сигналов, поступающих из внешней и внутренней среды организма.

Функция коры — образование временных связей организма с постоянно меняющимися условиями внешней среды, определяет интеллект человека.

Таким образом, кора больших полушарий – высший отдел ЦНС. Она отвечает за восприятие информации, управляет движениями, с ней связана речь, мышление.

Итак, органы и ткани объединены регулирующими системами органов: нервной и эндокринной системами, которые осуществляют взаимосвязь и согласованную работу всех систем органов. Поэтому организм функционирует как единое целое.