Процессы регуляции в физиологических системах

Приспособительные реакции организма человека от внутриклеточных до поведенческих обеспечиваются нейрогуморальной регуляцией функций. Выделяют два вида механизмов, лежащих в ее основе: жесткие (фиксированные) и гибкие (нефиксированные).

В основе работы жестких механизмов регуляции лежат генетические программы, закрепленные в процессе эволюции. Они осуществляют регуляцию достижения постоянно существующих целей и являются основой безусловно-рефлекторного поведения. Фенотипические особенности организма сказываются лишь на конкретных формах реализации этих программ.

Гибкие механизмы обеспечивают исполнение организмом сиюминутных задач и тут же перестают функционировать. Например, регуляция функционирования дыхательного центра, чередования вдоха и выдоха определяется генетическими механизмами. Фенотипически же могут меняться длительность каждой фазы и глубина вдоха и выдоха в соответствии с сиюминутными потребностями организма. Гибкие механизмы нейрогуморальной регуляции осуществляются срочно создающимися ансамблями нейронов.

В зависимости от момента включения регуляторных механизмов относительно сдвигов показателей организма от нормальной величины выделяют два типа регуляции: регуляцию по отклонению, или рассогласованию, и регуляцию по опережению, или возмущению. Регуляция по отклонению – это циклический механизм, при котором всякое отклонение от оптимального уровня регулируемого показателя мобилизует все регуляторные механизмы к восстановлению его на прежнем уровне. Например, повышение уровня глюкозы в крови вызывает возрастание выделения гормона инсулина, что приводит к увеличению проникновения глюкозы через клеточные мембраны и ее использованию клетками.

Регуляция по опережению заключается в том, что регулирующие механизмы включаются еще до реального изменения параметра регулируемого процесса или показателя на основе информации, поступающей в нервный центр и сигнализирующей о возможном изменении регулируемого процесса или показателя в будущем. Регуляция по опережению может осуществляться безусловно-рефлекторным и условно-рефлекторным путем. Например, снижение температуры окружающей среды воспринимается холодовыми рецепторами кожи, что запускает безусловно-рефлекторные механизмы терморегуляции, чтобы предупредить возможное переохлаждение организма. Примером условно-рефлекторной регуляции по опережению является учащение частоты сердечных сокращений и дыхания у бегунов на старте, еще до начала бега.

Основным механизмом поддержания жизнедеятельности организма на относительно постоянном уровне, т.е. поддержания гомеостаза, является саморегуляция физиологических функций. Она осуществляется на основе единства гуморальных и нервных механизмов регуляции. Процесс саморегуляции носит циклический характер. Отклонение от необходимого оптимального уровня любого жизненного фактора служит толчком к немедленной мобилизации механизмов, вновь восстанавливающих этот постоянный уровень.

По своей природе физиологическая саморегуляция является автоматическим процессом. Автоматическая регуляция заданного фактора осуществляется при помощи замкнутого контура с обратной связью. Наличие обратной связи уменьшает влияние изменений отдельных параметров системы на работу ее в целом, обеспечивает ее стабилизацию и устойчивость, что является одним из основных требований для системы управления.

Различают положительные обратные связи и отрицательные обратные связи. Положительные обратные связи обеспечивают продолжение и усиление физиологического процесса и акта жизнедеятельности. Отрицательные обратные связи, наоборот, приводят к ослаблению или к полному прекращению физиологических, поведенческих и других реакций организма. Обратные связи в организме обычно иерархичны, накладываются одна на другую и дублируют друг друга, образуя многоконтурную систему регулирования.

Для удобства изучения в единой нейрогуморальной регуляции функций организма человека выделяют составные части: нервную и гуморальную регуляцию. Главные факторы гуморальной регуляции – гормоны оказывают на ткани, органы и системы организма функциональное и морфогенетическое влияние. Функциональное влияние заключается в важной роли гормонов в регуляции функций организма, а морфогенетическое в обеспечении морфогенеза, т.е. роста, физического, полового и умственного развития.

Функциональное влияние гормонов бывает пусковое, модулирующее и пермиссивное. Пусковое влияние – это способность гормона запускать деятельность рабочего органа (эффектора). Например, адреналин запускает распад гликогена в печени и выход глюкозы в кровь. Модулирующее влияние гормона приводит к изменению интенсивности протекания биохимических процессов в органах и тканях. Пермиссивное, или позволяющее, влияние гормона – это способность одного гормона обеспечивать реализацию эффекта другого гормона. Например, фолликулостимулирующий гормон необходим для реализации эффекта лютеотропного гормона.

Рефлексом называют любую ответную реакцию организма, осуществляющуюся с участием нервной системы. Нервные влияния могут быть как возбуждающими, так и тормозными. Структурной основой осуществления рефлекторной реакции является рефлекторная дуга, включающая, как правило, пять звеньев: 1) рецептор, 2) афферентный нейрон, 3) вставочный нейрон, 4) эфферентный нейрон, 5) рабочий орган (эффектор).

В развитии рефлекторной теории чрезвычайно важный вклад был сделан русским физиологом И.М. Сеченовым, распространившим понятие рефлекторных актов на все характеристики поведения человека, в том числе и на его психические проявления. Учение об условных рефлексах И.П. Павлова позволило сделать существенный шаг вперед в познании механизмов рефлекторного действия.

В нервной регуляции функций огромная роль принадлежит обратным связям, осуществляющим поступление информации от работающего органа в ЦНС. В ходе исследования роли афферентной информации в осуществлении двигательных актов русский ученый Н.А. Бернштейн выдвинул положение о сенсорных коррекциях. Согласно этому положению непрерывное участие потока афферентной сигнализации контрольного или коррекционного значения является необходимым компонентом двигательных реакций. Организм постоянно взаимодействует с переменчивыми условиями внешней и внутренней среды и благодаря сенсорным коррекциям вносит необходимые поправки в свою деятельность.

Другой русский физиолог, П.К. Анохин, обосновал понятие обратной афферентации, т.е. обязательном при любом действии поступлении от рецепторов в ЦНС нервных импульсов, которые информируют о результатах произведенного действия, о его соответствии или несоответствии намеченной цели. Согласно учению П.К. Анохина о функциональных системах конкретным аппаратом саморегуляции функций организма является функциональная система. Она представляет собой временное объединение и взаимодействие центральных и периферических образований, нервных и гуморальных механизмов с целью получения полезного для организма приспособительного результата.