Основными представителями гуморальных регуляторов являются. Гуморальные регуляторы. Железы внешней секреции
Лекция 4. Нервная и гуморальная регуляция, основные отличия. Общие принципы организации гуморальной системы. Основные гуморальные агенты: гормоны, нейромедиаторы, метаболиты, диетические факторы, феромоны. Принципы влияния гормонов на поведение и психику. Понятие рецепторов в тканях-мишенях. Принцип обратной связи в гуморальной системе.
«Гуморальный» означает «жидкостный». Гуморальная регуляция – это регуляция с помощью веществ, переносимых жидкостями организма: кровью, лимфой, спино-мозговой жидкостью, межклеточной жидкостью и другими. Гуморальный сигнал, в отличие от нервного: медленный (распространяется с током крови, или медленнее), а не быстрый; диффузный (распространяется по всему организму), а не направленный; длительный (действует от нескольких минут до нескольких часов), а не краткий.
В реальности в организме животных функционирует единая нервно-гуморальная система регуляции. Разделение её на нервную и гуморальную сделано искусственно, для удобства исследования: нервную систему изучают с помощью физических методов (регистрация электрических параметров), а гуморальную – химических.
Основные группы гуморальных факторов: гормоны и диетические факторы (всё, что попадает в организм с едой и питьём), а также феромоны, которые регулируют социальное поведение.
Существует четыре типа влияния гуморальных факторов на функции организма, в том числе и на психику и поведение. Организующее влияние – только на определённых этапах развития некий фактор необходим, а в остальное время его роль мала. Например, дефицит йода в диете маленьких детей вызывает недостатк гормонов щитовидной железы, что приводит к кретинизму. Индукция – гуморальный фактор вызывает изменение функций, несмотря на прочие регулирующие факторы, причём его эффект пропорционален дозе. Модуляция – гуморальный фактор влияет на функции, но его эффект зависит от других регулирующих факторов (как гуморальных, так и нервных). Большинство гормонов и все феромоны именно модулируют поведение и психику человека. Обеспечение – некоторый уровень гормона необходим для реализации функции, но многократное возрастание его концентрации в организме не изменяет проявление функции. Например, мужские половые гормоны организуют созревание половой системы у эмбриона, а у взрослого человека обеспечивают репродуктивную функцию.
Гормонами называют биологически активные вещества, которые вырабатываются специализированными клетками, распространяются по организму жидкостями или диффузией и взаимодействуют с клетками-мишенями. Почти все внутренние органы содержат клетки, вырабатывающие гормоны. Если такие клетки объединены в отдельный орган, он называется эндокринной железой, или железой внутренней секреции.
Функция каждого гормона зависит не только от секреторной активности соответствующей железы. После попадания в кровь, гормоны связываются специальными транспортными белками. Некоторые гормоны секретируются и транспортируются в формах, лишённых биологической активности, а в биологически активные вещества они превращаются только в тканях-мишенях. Для того, чтобы гормон изменил активность клетки-мишени, он должен связаться с рецептором – белком в мембране или цитоплазме клетки. Нарушение на любом из этапов передачи гормонального сигнала приводит к дефициту функции, регулируемой этим гормоном.
Секреция гормонов увеличивается или уменьшается под влиянием как нервных, так и гуморальных факторов. Торможение секреторной активности происходит либо под влиянием определённых факторов, либо по механизму отрицательной обратной связи. При обратной связи часть выходного сигнала (в данном случае, гормона) попадает на вход системы (в данном случае, на секреторную клетку). Из-за обратной связи внутри эндокринной системы терапия гормональными препаратами очень опасна: введение больших доз гормонального препарата не только усиливает регулируемые функции, но и тормозит, вплоть до полного отключения, продукцию этого гормона внутри организма. Неконтролируемый приём анаболиков не только ускоряет рост мышечной ткани, но и тормозит синтез и секрецию тестостерона и других мужских половых гормонов.
Гормоны, как и другие гуморальные факторы, влияют на психику и поведение различными способами. Основным является непосредственное взаимодействие с нейронами головного мозга. Часть гуморальных факторов (стероиды) свободно проникает в мозг через гемато-энцефалический барьер (ГЭБ). Другие вещества – ни при каких обстоятельствах (адреналин, норадреналин, серотонин, дофамин). Третья группа (глюкоза) требует специальных перносчиков. Таким образом, проницаемость ГЭБ это ещё один фактор, регулирующий эффективность гуморальной регуляции.
Лекция 5. Основные эндокринные железы и их гормоны. Гипоталамус, гипофиз. Мозговой слой надпочечников, корковый слой надпочечников. Щитовидная железа. Поджелудочная железа. Половые железы. Эпифиз.
В гипоталамусе синтезируются и секретируются в заднем гипофизе вазопрессин и окситоцин. В гипоталамусе синтезируются и секретируются в передний гипофиз, так называемые, либерины, например, кортиколиберин (КРГ) и гонадолиберин (ЛГ-РГ). Они стимулируют синтез и секрецию, так называемых, тропинов (АКТГ, ЛГ). Тропины действуют на периферические железы. Например, АКТГ стимулирует синтез и секрецию в коре надпочечников глюкокортикоидов (кортизол). В мозговом слое надпочечников, под влиянием нервной стимуляции синтезируется и секретируется адреналин. В щитовидной железе идёт синтез и секреция трийодтиронина; в поджелудочной – инсулина и глюкагона. В половых железах мужских и женских половых стероидов. В эпифизе синтезируется мелатонин, синтез которого регулируется освещённостью.
^
Контрольные вопросы к теме 3
1. «Никанор Иванович налил лафитничек, выпил, налил второй, выпил, подхватил на вилку три куска селедки… и в это время позвонили, а Пелагея Антоновна внесла дымящуюся кастрюлю, при одном взгляде на которую сразу можно было догадаться, что в ней, в гуще огненного борща, находится то, чего вкуснее нет в мире, - мозговая кость.» (Булгаков М. Мастер и Маргарита.).
Прокомментируйте поведение персонажа, используя категории «потребности», «мотивация». Укажите - каковы гуморальные факторы организации поведения персонажей. Ответьте - зачем принято пить аперитив (водку перед обедом)?
2. Почему при предменструальном синдроме рекомендуется бессолевая диета при предменструальном синдроме?
3. Почему студентки, имеющие грудного ребенка учатся хуже, чем до родов?
4. Каковы особенности гормонов гипоталамуса (на примере кортиколиберина и гонадолиберина)?
5. Каковы особенности гормонов переднего гипофиза (на примере АКТГ)?
6. Как известно, гормоны влияют на психику, воздействуя на: 1) на обмен веществ; 2) внутренние органы; 3) непосредственно на ЦНС; 4) на ЦНС через периферическую НС.
Какими путями влияют на поведение следующие гормоны:
Адреналин;
Кортиколиберин;
Гонадолиберин;
Вазопрессин;
Окситоцин;
Прогестерон;
Кортизол?
7. Какой путь влияния не указан в предыдущем вопросе? (подсказка: "Кортизол влияет на психику …")
8. Пропагандисты вегетарианства считают, что вегетарианская диета улучшает нравственную природу человека. Что вы думаете по этому поводу? Как меняется поведение человека и животных при вегетарианской диете?
9. Каковы этапы передачи гормонального сигнала?
10. Что такое обратная связь? Какова ее роль в регуляции функций организма?
^
1. Ашмарин И. П. Загадки и откровения биохимии памяти. - Л.: Изд. ЛГУ, 1975
2. Држевецкая И. А. Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы. - М.:, Высшая школа, 1994
3. Ленинджер А. Основы биохимии. тт.1–3. -, М.:, Мир, 1985
4. Чернышева М. П. Гормоны животных. - С-Пб.:, Глаголъ, 1995
^
Тема 4. Стресс
Лекция 6. Специфическая и неспецифическая адаптация. Работы У. Кеннона. Симпатоадреналовая система. Работы Г. Селье. Гипофиз-адреналовая система. Неспецифичность, системность и адаптивность стресса. Стресс как новизна.
Стресс – это неспецифическая системная приспособительная реакция организма на новизну.
Термин «стресс» ввёл Ганс Селье в 1936 г. Он показал, что организм крыс реагирует сходным образом на самые разные повреждающие воздействия.
Неспецифичность стресса означает, что реакция организма не зависит от модальности стимула. В реакции на любой раздражитель всегда присутствуют два компонента: специфический и стрессорный. Очевидно, что организм реагирует по-разному на боль, шум, отравление, приятное известие, неприятное известие, социальный конфликт. Но все эти стимулы вызывают и такие изменения в организме, которые являются общими для всех перечисленных и многих других воздействий. Г. Селье к таким изменениям относил: 1) увеличение коры надпочечников, 2) уменьшение тимуса (лимфоидного органа), 3) изъязвление слизистой желудка. В настоящем список стрессорных реакций значительно расширен. Триада Селье наблюдается только при длительном действии неблагоприятного фактора.
Системность стресса означает то, что организм на любое воздействие реагирует комплексно, т.е. в ответ вовлечены не только кора надпочечников, тимус и слизистая. Всегда происходят изменения в поведении человека, или животного, в физиологических и биохимических показателях организма. Изменения только одного какого-то параметра – частоты сердечных сокращений, или уровня гормона, или двигательной активности – ещё не означает, что организм демонстрирует стрессорную реакцию. Возможно, мы наблюдаем реакцию специфичную только для данного раздражителя.
Стресс является приспособительной реакцией организма. Все проявления стрессорной реакции направлены на усиление приспособительных (адаптивных) возможностей организма и, в конечном счёте, на выживание. Поэтому периодические умеренные стрессы полезны для здоровья. Стресс становится опасным для жизни тогда, когда он становится неконтролируемым (см. раздел «Неконтролируемый стресс и депрессия». Опасность стресса, помимо тех случаев, когда он становится неконтролируемым, определяется тем, что стресс – эволюционно древний механизм. Стрессорная реакция, во всех основных чертах, характерных и для человека, описана у миног. Эта группа животных возникла примерно 500 млн лет тому назад. Все эти сотни миллионов лет основной опасностью для живых существ была вероятность оказаться съеденным или, по крайней мере, получить серьёзные повреждения. Поэтому стрессорная реакция направлена на предотвращение последствий кровопотери, в частности на мобилизацию резервов сердечно-сосудистой системы, что чревато инфарктом и инсультом. Кроме того, стресс включает торможение процессов роста, питания и размножения. Эти важные функции могут быть реализованы, когда животное спасётся от хищника. Поэтому хронические стрессы ведут к расстройству этих функций. В современном же мире, человек испытывает стрессы, вызываемые главным образом, социальными стимулами. Очевидно, что при внеплановом вызове к начальству нет смыла готовиться к кровопотере, однако в нашем организме повышается артериальное давление и тормозятся все процессы в желудке.
Стресс развивается в организме в том случае, когда стимул является новым для организма. Сам Г. Селье считал, что стрессом животные и люди реагируют на все ситуации. Очевидно, что в таком случае понятие стресса становится избыточным, поскольку оно будет эквивалентно понятию жизни. Иногда под стрессом понимают реакцию на повреждающие воздействия. Но, хорошо известно, что стресс сопровождает и радостные события нашей жизни. Более того, многие люди строят свою жизнь как постоянные поиск «острых ощущений», т.е. стрессогенных ситуаций. Ещё распространено представление о стрессе как реакции на сильные воздействия. Конечно, люди, пережившие природные, техногенные, или социальные катастрофы испытали сильнейший стресс. Вместе с тем, существует и «стресс повседневности», хорошо известный любому жителю большого города. Множество мелких событий, требующих от нас какой-то реакции, приводит в итоге к формированию застойной стрессорной реакции.
Таким образом, стрессом мы называем реакцию не на любые, не на вредные, не на сильные события, а на те, с которыми мы сталкиваемся впервые, к которым организм ещё не успел приспособится, т.е. стресс – это реакция на новизну. Если один и тот же стимул повторяется регулярно, т.е. новизна ситуации уменьшается, то уменьшается и стрессорная реакция организма. При этом специфическая реакция усиливается. Например, в результате регулярных погружений в холодную воду человек «закаливается», его организм интенсивно реагирует на охлаждение. Такому человеку не страшны никакие сквозняки. Но вероятность заболеть от перегрева у него такая же, как и «незакалённого» человека. А стрессорный компонент реакции на ледяную воду у таких людей со временем не уменьшается.
Лекция 7. Измерение стресса. Основные физиологические и биохимические проявления стресса. Количественные характеристики стресса. Чувствительность. Реактивность. Устойчивость. Смещённая активность – поведенческая стрессорная реакция. Условия возникновения смещённой активности. Виды смещённой активности. Использование стресса на практике для психологического тестирования.
Стрессорная реакция запускается двумя нервно-гуморальными системами, которые обе имеют конечное звено в надпочечнике. 1) От головного мозга, через спинной сигнал приходит в мозговой слой надпочечников, из которого выбрасывается в кровь адреналин. Эго функции дублируют функции симпатической нервной системы. 2) Сигнал о новой ситуации попадает в гипоталамус, где вырабатывается кортиколиберин (КРГ), воздействующий на передний гипофиз, в котором усиливается синтез и секреция адренокортикотропного гормона (АКТГ). АКТГ с током крови стимулирует в коре надпочечников синтез и секрецию глюкокортикоидных гормонов. Основным глюкокортикоидом человека является кортизол (гидрокортизон).
Торможение эндокринного компонента стрессорной реакции происходит благодаря отрицательной обратной связи: кортизол снижает синтез и секрецию как КРГ, так и АКТГ. Отрицательная обратная связь – единственный механизм торможения стресса, поэтому при его нарушениях даже слабый стрессорный стимул ведёт к стойкому повушению секреции КРГ, АКТГ и кортизола, что пагубно для организма (см. разделы «Неконтролируемый стресс и депрессия» и «Психосоматотипы»). Существует несколько гормонов, которые ослабляют стрессорное увеличение синтеза и секреции глюкокортикоидов. В частности, мужские половые гормоны, синтезируемые в корковом слое надпочечников уменьшают величину стрессорной реакции. Но фактора, тормозящего стрессорную реакцию, за исключением механизма отрицательной обратной связи, не существует.
Кортизол увеличивает содержание глюкозы в крови. Но главное его значение в другом, поскольку несколько других гормонов (всего их семь) тоже увеличивает содержание глюкозы в крови и усиливает её потребление тканями. Кортизол является единственным фактором, который увеличивает транспорт глюкозы в центральную нервную систему через ГЭБ (см. раздел «Гуморальная система»). Нейроны способны получать энергию для своей жизнедеятельности, в отличие от клеток других тканей только из глюкозы. Поэтому недостаток глюкозы самым пагубным образом сказывается на функциях головного мозга. Основным симптомом недостаточной функции коры надпочечников являются жалобы на общую слабость, которая вызвана недостаточным питанием головного мозга.
Кроме того, кортизол подавляет процессы воспаления. Воспаление не только развивается при попадании в организм чужеродных агентов типа инфекции. Воспалительные очаги возникают постоянно в организме в результате распада тканей организма – естественного или же вызванного травматическими повреждениями.
Помимо адреналина, КРГ, АКТГ и кортизола в стрессорной реакции принимают участие и многие другие гормоны. Все они являются психотропными агентами, т.е. влияют на психику и поведение.
КРГ усиливает тревогу. Примечательно, что характером его влияния на тревогу является индукция (см. раздел «Гуморальная система»). АКТГ улучшает процессы памяти и уменьшает тревожное состояние. Этот гормон не индуцирует, а только модулирует психические процессы. Кортизол не только усиливает транспорт глюкозы в мозг, но и ещё, взаимодействуя непосредственно с нейронами, обеспечивает реакцию затаивания – одну из двух основных поведенческих реакций при стрессе (см. раздел «Психосоматотипы»). Адреналин не влияет на психику и поведение. Широко распространённое у неспециалистов представление о его влиянии на психику («Добавь адреналину в кровь!») ложно. Адреналин не проникает через ГЭБ, следовательно, не может влиять на работу нейронов.
Приятные ощущения, часто возникающие в результате стресса, вызваны группой других гормонов, которые называются эндогенными опиатами. Они связываются в мозге с теми же рецепторами, что и растительные опиаты, отсюда и название. К эндогенным опиатам относятся эндорфины (эндогенные морфины), синтезируемые в переднем гипофизе, и энкефалины (от encephalon – мозг), синтезируемые в гипоталамусе. Две основные функции эндогенных опиатов: анальгезия и эйфория.
Количественно стресс характеризуют тремя основными параметрами: чувствительностью, величиной реакции и устойчивостью. Чувствительность (значение порога реакции) и величина реакции – параметры всех реакций организма. Значительно интереснее и важнее третья величина, устойчивость, которая определяется скоростью, с которой система, в данном случае, стрессорная, возвращается к исходным параметрам после того, как стимул, вызвавший её активацию, перестал действовать. Именно низкая устойчивость стрессорной системы организма вызывает многочисленные нарушения его функций. При низкой устойчивости даже слабые стимулы вызывают неадекватно длительное напряжение стрессорной системы со всеми неблагоприятными последствиями: напряжение сердечно-сосудистой сисемы, торможение пищеварительной и репродуктивной функции. Устойчивость стрессорной системы не зависит от её чувствительности и величины реакции.
Поведение при стрессе характеризуется, так называемой, смещённой активностью. Поскольку стресс – это реакция на новизну, в ситуации, когда не удаётся отыскать ключевой стимул (см. раздел «Поведенческий акт»), а мотивация сильна, используется первая попавшаяся программа поведения. В этом случае человек или животное демонстрирует смещённую активность – поведение, явно неадекватное, т.е. которое никак не может удовлетворить актуальную потребность.
Смещённая активность имеет одну из следующих форм: мозаичная активность (фрагменты из разных поведенческих программ), переадресованная активность (например, семейное насилие) и собственно смещённая активность, при которой используется поведенческая программа другой мотивации (например, пищевое поведение при неприятностях на работе).
Одной из распространённых форм смещённой активности является груминг – поведение чистки кожных покровов (шерсти, перьев). По интенсивности груминга часто оценивают степень стресса в экспериментах и наблюдениях за животными. Груминг имеет большое значение и как реакция, уменьшающая последствия стресса (см. раздел «Неконтролируемый стресс и депрессия»).
^
Контрольные вопросы к теме 4.
1. Пищевая добавка «Антистресс» состоит из свободных аминокислот. Почему эта добавку рекомендуется использовать после стресса?
2. Какие другие фармакологические средства, рекомендуемые для предотвращения пагубных последствий стрессорных ситуаций, вам известны? Каков механизм их действия?
3. Что общего и какая разница между поведением женщины, расчесывающей волосы, и мужчины, почесывающим лысину? Для ответа используйте категории понятия «потребности», «гуморальные факторы», «гормоны», «стресс».
4. Зависит ли от гормонов тяга к экстремальным видам спорта? Если - да, то от каких?
6. Зависит ли от гормонов желание посещать парную в бане? Если - да, то от каких?
7. Какая разница между смещенной и переадресованной активностью?
8. Чем отличается переадресованная реакция от мозаичной?
9. Перечислите стрессорные гормоны.
10. Какие гормоны тормозят стрессорную реакцию?
1. Кокс Т. Стресс. - М.: Медицина, 1981
2. Селье Г. На уровне целого организма. - М.: Наука, 1972
Урок по биологии: "Органы и системы органов. Целостность организма"
Цели урока : дать понятие об уровнях организации человеческого организма, плане его строения, топографии внутренних органов и полостях тела, системах органом. Провести анализ конкретных связей между структурами и функциями органов и частей тела. Формировать у учащихся навыки умения работать с
анатомическими таблицами, схемами и проводить наблюдения, функциональные пробы.
Оборудование : торс человека, таблицы с изображением внутренних органов человека, схема организма
человека как единой целостной системы.
Ход урока
I . Организационный момент
II . Изучение новой темы
1. Активизация познавательной деятельности
Наш организм. Это определение кажется настолько привычным и понятным, что мы редко задумываемcя над его сущностью. И на вопрос: «Что же это все-таки такое?» - каждый ответит, очевидно, по-своему. А как?
Учитель предлагает учащимся самостоятельно, индивидуально определить понятие «организм», сделав записи на листе. Через 2-3 минуты учащиеся обмениваются мнениями в паре, а затем в четверке, обсуждают и записывают одно обобщенное понятие.
Организм - это определенный биологический комплекс или система, реагирующая как единое целое на различные изменения внешней среды. Система эта относительно стабильна, несмотря на то, что состоит из многих органов. Органы, в свою очередь, состоят из тканей, ткани - из клеток, клетки - из молекул.
Молекулы, клетки, ткани, органы, системы органов - все эти «этажи» или разные «уровни» живого объединены в организме человека в единое и нераздельное целое. Как устроен и что может каждый «этаж» сам по себе, каким образом достигается четкая согласованная их деятельность?
Учащиеся с помощью учителя формулируют цель и задачи урока.
2. Рассказ учителя с использованием схемы «Организм человека как единая целостная система»
1. Вся окружающая нас природа разделяется на органическую и неорганическую. К первой относятся животные и растительные организмы, а также неклеточные формы жизни - вирусы, ко второй - минералы.
2. Химический анализ показывает, что любой живой организм состоит из тех элементов, которые часто встречаются и в неживой природе, в неорганическом мире. 96 % веса тела составляют кислород, углерод, водород, азот. Еще 3 % приходится на долю кальция, фосфора, калия, серы. Прочие химические элементы имеются в организме в совсем небольших количествах.
Французский химик Г. Бертран подсчитал, что тело человека, весящего около 100 кг, содержит кислорода 63 кг, углерода - 19 кг, водорода - 9 кг, азота - 5 кг, кальция - 1 кг, фосфора - 700 г, серы - 640 г, натрия - 250 г, калия - 220 г, хрома - 180 г, магния - 40 г, железа - 3 г, йода - 0,03 г. Фтора, брома, марганца, меди - еще меньше.
3. Живое и неживое построено из одних и тех же элементов. Но в живых организмах они объединены в особые химические соединения - органические вещества (молекулы). Можно выделить четыре большие группы этих веществ - белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Они входят в состав любой живой клетки. Эти крупные молекулы играют роль строительных блоков, из которых создаются сложные надмолекулярные комплексы. Вещества клетки расположены не хаотично, а образуют упорядоченные структуры-органоиды, которые обеспечивают все процессы жизнедеятельности клетки.
4. Организм человека - огромное «многоклеточное государство». Клетки, из которых построено тело человека, неодинаковы и отличаются своей специализацией, т. е. приспособлены к выполнению определенных функций. Например, главная функция клеток мышц - сокращение, нервных - выработка электрических сигналов, железистых - выделение секрета. Есть клетки, выполняющие опорную функцию, функцию размножения и многие другие. Клетка - структурная и функциональная единица всех живых организмов и все клетки имеют единый план строения.
5. Клетки «одной специальности» объединяются в группы. Вместе с расположенными между этими клетками межклеточным веществом такие специализированные системы клеток получили название тканей. Все разнообразие тканей человека условно подразделяют на эпителиальную (покровную) ткань, соединительные, мышечные ткани и нервную.
6. Из нескольких тканей, среди которых одна имеет функционально ведущее значение, складываются органы, совместная и координированная работа которых обеспечивает возможность нашего существования.
- Схема. Организм человека как единая целостная сиcтема:
Геноти
Органы, выполняющие единую функцию, имеющие общий план строения и развития, объединяются в
систему органов.
А Системы органов: опорно-двигательная, пищеварительная, дыхательная, выделительная, половая, кровеносная (сердечно-сосудистая), покровная, эндокринная и нервная. Все системы органов взаимосвязаны и составляют единый организм. 7. Определяющим началом всего является генотип.
Генотип - совокупность всех наследственных задатков клетки или организма. Генотип контролирует развитие, строение и жизнедеятельность организма, то есть совокупность всех его признаков.
Опыт. На следующем этапе урока учитель предлагает учащимся выполнить функциональную пробу. Учащиеся задерживают дыхания на возможно больший срок в состоянии выдоха. Учитель смотрит на секундомер и объявляет время через каждые 5 с.
Результат опыта: 1. Учащиеся задерживают дыхание на разное время, следовательно, чувствительность к недостатку кислорода неодинакова. 2. У большинства участников опыта лицо покраснело, заметно пульсирование сонных артерий.
Вывод: изменение функции дыхательной системы ведет за собой изменение в функциях кровеносной системы. Следовательно, между органами, системами органов имеется связь.
- Взаимодействие всех подсистем организма направлено в основном на поддержание постоянства внутренней среды организма, основой которой является кровь.
I Іостоянно происходящие изменения в окружающей среде, тотчас же компенсируются и уравновешиваются организмом, т. е. не влияют существенно на работу его внутренних органов.
Например. И летом, в жару, и зимой, в холод, температура нашего тела не меняется. Высоко в горах и глубоко под землей, то есть при значительных колебаниях атмосферного давления насыщение нашей крови кислородом и другими газами постоянно.
Большое количество съеденных шоколадных конфет не изменит существенно и надолго уровень сахара в вашей крови.
Для нормальной работы всех органов необходимо определенное количество циркулируемой крови и постоянный уровень артериального давления. А если кровопотеря? Ранение, порез, открытый перелом, сопровождающийся разрывом кровеносных сосудов? В большинстве случаев организм справляется с такими испытаниями.
Наш организм - система саморегулирующаяся.
Саморегуляция достигается взаимодействием всех клеток, тканей, органов, взаимосвязью и взаимоподчиненностью всех процессов, в них происходящих. Нарушение работы одного органа в той или иной степени нарушает деятельность и других органов.
Каким же образом обеспечиваются подобные «цепные реакции» нашего организма?
Путей таких несколько и наиболее изученными являются два: гуморальный и нервный.
Гуморальный, или химический. В различных клетках и органах в ходе жизнедеятельности образуются различные по своей химической природе и физиологическому действию вещества. Большинство из них обладает огромной биологической активностью, то есть способностью в очень небольших концентрациях вызывать значительные изменения в работе органов. Основными представителями гуморальных регуляторов являются гормоны, которые вырабатываются в железах эндокринной системы.
Нервный. Согласует и регулирует деятельность различных клеток, тканей и органов, приспосабливая ее к разным условиям жизни.
Для нервной системы характерно многообразие функций и почти неограниченная власть над физиологическими процессами. Даже гуморальная регуляция в известной мере подчиняется ей. Так, образование и выделение большинства гормонов осуществляется под контролирующим влиянием нервной системы. Действие нервной системы происходит всегда в тесной согласованности с гуморальными процессами.
Оба этих механизма, дополняя друг друга, обеспечивают важнейшую особенность нашего организма - саморегуляцию физиологических функций, приводящую к автоматическому поддержанию необходимых организму условий существования.
- Если нервный и гуморальный механизм регулируют лишь интенсивность функций клеток, органов и тканей, то какая же причина (или сила) формирует организм, предопределяет развитие и существование его?
- Как вы понимаете выражение «Организм - единое целое»? Подумайте и объясните, могут ли органы осуществлять функции вне организма?
- Объясните, почему над суставами пальцев руки кожа собрана в складки.
Учитель просит учащихся положить руки на парты ладонной стороной вниз и рассмотреть свои пальцы. Учащиеся замечают, что над суставами кожа собрана в с к пилки. Сколько их? Учитель предлагает самостоятельно объяснить значение этих структурных образований. (Структура - от лат. строение, устройство). Учащиеся отмечают, что благодаря складкам кожи над суставами пальцы можно сгибать. Такое строение позволяет совершать различные хватательные движения, а это и есть функция этого органа.
Придумайте опыт, который бы доказал, что складки кожи, над суставами необходимы для функционирования пальцев. (Для доказательства достаточно второй рукой захватить складку кожи указательного пальца и попытаться его согнуть. Это не получается. Если убрать кожные складки, нарушается функция пальца: его нельзя согнуть в суставе. Нарушение структуры (складок) делает невозможной функцию кисти (схватывание вещи)).
Вывод: между структурой (строением) и функцией органов и частей тела существует тесная связь.
Напишите, как можно больше, названий органов человеческого тела за 2-3 мин. У учащихся закономерно возникают вопросы типа «А (зуб, мозг, нос и т. д.) - это орган?»
Учитель предлагает учащимся выяснить это, используя материал учебника
На следующем этапе урока учитель кратко рассказывает о внешнем и внутреннем строении человеческого организма: называет части тела, показывает на таблице полости тела.
Формирование навыка работы с анатомическими таблицами, рисунками, нахождение проекции внутренних органов на своем теле организуется в ходе выполнения следующего задания:
Пользуясь рисунками в учебнике, таблицами, научитесь распознавать на себе место расположения важнейших органов в своем теле (гортани, легких, сердца, диафрагмы, печени, желудка, кишечника, селезенки и др.)
Определите, какой орган помещается:
а) под диафрагмой в правом боку и по средней линии тела;
б) под диафрагмой левее от средней линии;
в) в левом боку чуть ниже диафрагмы;
г) выше диафрагмы под грудной костью;
д) в брюшной полости по обе стороны поясничного отдела позвоночника.
Учитель подчеркивает, что в строении и расположении органов человеческого тела имеются
определенные закономерности:
Таблица. Средняя относительная масса различных органов и тканей взрослого человека (% к массе всего тела)
Мускулатура | Почки | ||
Скелет | Сердце | ||
Кожа (все слои) | Поджелудочная железа | ||
Головной мозг | Прочие железы | ||
Спинной мозг | 0,06 | Кровь | |
Глаза | 0,02 | Кровеносные сосуды, нервные стволы и мелкие органы | |
Желудочно-кишечный тракт | |||
Легкие | |||
Печень |
1) длина ладони равна длине лица (от подбородка до начала волосяного покрова), т. е. ладонью можно закрыть лицо;
2) длина предплечья равна длине стопы, а длина стопы равна длине окружности кулака (следовательно, узнать, подходит ли носок, можно, если обернуть его след вокруг кисти, сжатой в кулак, а подобрать нужный размер тапочка или валенка можно, если сравнить длину подошвы обуви с длиной предплечья);
3) расстояние между кистями разведенных в сторону рук равно сумме длин обеих ног (определить, подходят ли брюки по длине можно, если растянуть их в разведенных руках);
4) длина носа примерно равна длине уха, а ширина уха составляет половину его длины.
Перечисленные закономерности лучше проверить дома, но при наличии времени на уроке такие измерения могут быть сделаны и в классе. Их анализ показывает, что они верны лишь приблизительно, причем у одних несоответствия будут большими, у других меньшими. Эти отклонения являются вариантами нормы и не являются недостатками фигуры.
- Закрепление изученного материала
Сформулируйте основные выводы темы.
1. Организм - биологическая система, реагирующая как единое целое на различные изменения внешней среды.
2. Человеческий организм состоит из клеток, клетки образуют ткани, ткани - органы, органы - системы органов, а те - организм в целом.
3. Нервный и гуморальный механизмы обеспечивают саморегуляцию физиологических функций организма.
4. Орган - часть тела, имеющая определенную форму, строение, выполняющая определенную функцию.
5. Функции - реакции организма, направленные на удовлетворение возникших в нем потребностей, защиту от вредных воздействий среды и приспособление к ней.
6. Между строением и функциями органов существует тесная взаимосвязь.
Наш организм – огромная многоклеточная система. Каждая клетка – миниатюрный носитель жизни, который подчинил собственную свободу деятельности организма в целом. В каждой клетке тела заключена генетическая информация, достаточная для того, чтобы был воспроизведён весь организм. Эта информация записана в структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и заключена в генах, расположенных в ядре. Наряду с ядром, очень важным компонентом клетки является мембрана, которая и определяет её специализацию. Так, мышечные клетки выполняют функцию сокращения, нервные – вырабатывают электрические сигналы, клетки желёз выделяют секрет. Клетки «одной специальности» объединены в группы, называемые тканями (например, мышечная, нервная, соединительная ткани и т.д.). Ткани образуют органы. Органы как отдельные компоненты включены в системы (например, костная, кровеносная, мышечная), которые выполняю единую функцию в организме. Химический анализ показывает, что любой живой организм состоит из тех же элементов, которые часто встречаются и в неживой природе, в неорганическом мире. Французский химик Г. Бертран подсчитал, что тело человека, весящего 100 кг, содержит: кислорода – 63 кг, углерода – 19 кг, азота – 5 кг, кальция – 1 кг, фосфора – 700г, серы - 640г, натрия 250г, калия – 220г, хлора – 180г, магния – 40г, железа – 3г, йода – 0,03г, фтора, брома, марганца, меди – ещё меньше. Нетрудно заметить, что живое и неживое построено из одних и тех же элементов. Но в живых организмах они объединены в особые химические соединения – органические вещества.
Можно выделить три большие группы этих веществ: белки (это 20 аминокислот, из которых 8 незаменимы и должны поступать с пищей; прежде всего они являются строительным материалом, а потом уже источником энергии, их энергетическая ценность такова: 1г белка – 42 ккал); жиры (это и строительный материал, и источник энергии: 1г – 9,3 ккал); углеводы (это, прежде всего, основной источник энергии: 1г – 4,1 ккал). Здесь следует указать на возможность взаимных переходов (преобразований) белков, жиров и углеводов друг в друга во время биохимических реакций внутри организма. Поступая в организм с пищей наряду с неорганическими веществами (водой, солями), витаминами и вдыхаемом кислороде, они участвуют в обмене.
Обмен веществ – основной биологический процесс, который свойственен всему живому и представляет из себя сложную цепь окислительно-восстановительных биохимических реакций с участием кислорода (аэробная фаза) и без временного участия кислорода (анаэробная фаза), заключающихся в усвоении и переработке в организме поступающих из окружающей среды веществ, освобождении химической энергии, превращении её в другие виды (механическую, тепловую, электрическую) и выделении во внешнюю среду продуктов их распада (углекислого газа, воды, аммиака, мочевины и т.д.)
Мы видим, что этот обмен есть двуединый процесс, связанный с постоянным расщеплением веществ, которое сопровождается выделением и расходом энергии (процесс диссимиляции ) и их постоянным обновлением и пополнением энергии (процесс ассимиляции ).
Исследования показали, что молекулы клетки непрерывно расщепляются и синтезируются вновь. Подсчитано, что у человека половина всех тканевых белков распадается и строится заново в течение каждых 80 дней.
Белки мышц заменяются медленнее, обновляясь каждые 180 дней. Мы эти процессы наблюдаем при росте ногтей, волос. В растущем и развивающемся организме процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции. Именно в результате этого происходит накопление веществ и рост организма. В сформировавшемся взрослом организме эти процессы находятся в динамическом равновесии. Однако всякое усиление деятельности организма (например, мышечной) приводит к усилению процессов диссимиляции. Поэтому, чтобы организме сохранялось равновесие между приходом-расходом веществ и энергии, необходимо усиление процессов ассимиляции, за счёт, прежде всего, увеличения поступления в него питательных веществ.
Так, например, питание людей, активно занимающихся физкультурно-спортивной или трудовой деятельностью, должно обеспечивать организм в 1,5-2 раза больше энергии, чем питание не занимающихся этими видами деятельности. При этом всегда надо помнить, что излишки питательных веществ откладываются в организме в виде избыточной жировой ткани.
Если процессы диссимиляции начинают преобладать над процессами ассимиляции, происходит истощение организма и, в конце концов, гибель его, вследствие разрушения жизненно важных тканевых белков.
Наряду с процессом обмена веществ реализуются и два других неотъемлемых от всего живого процесса: размножения (обеспечения сохранения вида) и адаптация (приспособление к неменяющимся условиям внешней и внутренней среды организма). Чтобы не погибнуть, организм реагирует на воздействие внешней среды приспособительно, а это влечёт за собой изменения самого организма. Так, например, охлаждение ведёт к усилению окислительных процессов, что в свою очередь вызывает увеличение продукции тепла. Систематическая интенсивная мышечная деятельность приводит к усиленному образованию мышечных белков и усилению массы мышц, а также к увеличению содержания в мышцах веществ, служащих источниками энергии мышечной деятельности.
Любой живой организм может существовать, если лишь состав его тела поддерживается в определённых, обычно довольно узких пределах. Постоянство внутренней среды (гомеостаз: «гомео» – подобный, «стаз» – состояние) – фундаментальный биологический закон. Непреложен и закон развития организма человека, записанный в его генетическом коде. Первый закон развитие как бы исключает, а второй его требует. В этом противоречии ещё одна трудность для системы регулирования? Имеется два механизма регуляции – гуморальный и нервный. Гуморальный или химический механизм регуляции является эволюционно более древним. Суть его в том, что в различных клетках и органах в ходе жизнедеятельности образуются различные по своей химической природе и физиологическому действию вещества. Большинство из них обладает огромной биологической активностью, то есть способностью в очень небольших концентрациях вызывать значительные изменения функции. Поступая в тканевую жидкость, а затем в кровь, они разносятся ею по всему телу и оказывают влияние на все клетки и ткани.
Это второй уровень управления – надклеточный или гуморальный. Химические раздражители не имеют определённого «адресата» и на разные клетки действуют по-разному. Основными представителями гуморальных регуляторов являются метаболиты (продукты обмена веществ), гормоны (производственные желёз внутренней секреции), медиаторы (химические посредники при передаче возбуждения с нервного волокна на клетки рабочего органа). Причём, наиболее активны из них метаболиты (например, углекислый газ) и гормоны. Таковы в самых общих чертах сведения о принципе регуляции через кровь лимфу. В процессе эволюции животного мира наряду с гуморальным механизмом регуляции возник более совершенный – нервный.
Всю нервную систему разделяют на центральную и периферическую. К центральной относятся головной и спинной мозг. Посредством периферической осуществляется связь головного и спинного мозга со всеми органами. В её состав входят центростремительные невроны, которые воспринимают и передают в ЦНС раздражения из внешней и внутренней среды организма, и центробежные невроны, передающие управляющие команды из ЦНС ко всем органам. Следует отметить особую роль спинного мозга в любом двигательном акте, так как он соединён непрерывными путями со всеми скелетными мышцами (за исключением мышц лица).
В периферической нервной системе условно выделяют два отдела: соматический и вегетативный. Соматическая нервная система обеспечивает иннервацию кожного покрова тела, двигательного аппарата (кости, суставы, мышцы) и органов чувств. Вегетативная нервная система иннервирует внутренние органы, кровеносные сосуды и железы, контролируя и регулируя тем самым обменные процессы в организме. Это вегетативный уровень управления, однако, следует помнить, что регуляция жизнедеятельности организма обеспечивается при гармоничном сочетании работы всех отделов нервной системы.
Нервный механизм регуляции осуществляется рефлекторным путём. Рефлекс – это ответная реакция организма на то или иное воздействие в виде нервных импульсов. В основе образования рефлексов лежат возбуждение и торможение в коре головного мозга, как две противоположные стороны единого процесса уравновешивания взаимодействия организма с внешней средой. Безусловный рефлекс – это врождённые, наследственные реакции организма (например, отдёргивание руки при уколе). Рефлексы, которые возникают при определённых условиях в результате жизненного опыта данного организма, называются условными. Для его образования необходимо сочетание раздражения какого-либо органа чувств с врождёнными безусловным рефлексом. В этом случае между нервными клетками больших полушарий головного мозга устанавливается новая нервная связь. Условные рефлексы – настоящие владыки нашего организма.
Они определяют его привычки, настроение, самочувствие и т.д., выделение слюны при виде или запахе пищи, ваши будущие профессиональные навыки, умения читать, писать, запоминать обеспечивают опять-таки они.
Условные рефлексы, многократно повторенные во время конкретной деятельности, образуют в коре головного мозга динамический стереотип.
Нервный механизм регуляции является более совершенным, чем гуморальный. Во-первых, взаимодействие клеток осуществляется через нервную систему значительно быстрее, так как скорость проведения импульса по нервным путям доходит до 120 м/с, во-вторых, нервные импульсы всегда имеют в виду определённого адресата, то есть направлены к строго определённым клеткам. К тому же нервная регуляция является более экономичной, требует минимальных затрат энергии, так как мгновенно включаются и быстро выключаются, когда необходимость согласования каких-то процессов отпадает. Для нервной системы характерно многообразие функций и почти неограниченная власть над физиологическими процессами. Гуморальная регуляция в известной мере подчиняется ей. Впрочем, подчёркивая могущество нервной системы, следует заметить, что действует она всегда в тесной согласованно и с гуморальным механизмом регулирования. Причём, различные химические соединения по гуморальному пути влияют на нервные клетки, изменяя их состояние.
Итак, вы видим, что все уровни управления (от клеточного до уровня центральной нервной системы), дополняя друг друга, делают организм единой саморазвивающейся и саморегулируемой системой. Эта саморегуляция возможна ещё и потому, что обязательно имеются обратные связи между регулируемым процессом и регулирующей системой.
Например, мышечные движения осуществляются под влиянием импульсов, поступающих к мышцам от ЦНС. В свою очередь, всякое мышечное сокращение приводит к появлению потока импульсов, идущих от мышц в ЦНС, информируя её об интенсивности сокращения. Это изменяет деятельность определённых нервных центров. Вспомните, как трудно расстегнуть пуговицу пальто закоченевшими пальцами. Дело не в том, что на холоде мышцы пальцев теряют способность к движению. Холод блокирует нервные окончания и теряет чувствительность. Сигналы о положении пальцев в пространстве не поступают в ЦНС, которая при таких условиях не может координировать деятельность мышц. Иными словами, рефлекс осуществляется только тогда, когда двигательный нерв, чувствительный нерв и мышца образуют замкнутую электрическую цепь.
Прочитайте:
|
Гормоны оказывают на организм и его функции различные воздействия.
1. Метаболическое влияние - самое главное, которое составляет основу всех прочих воздействий. Это действие гормонов вызывает изменение обмена веществ в тканях. Оно происходит за счет трех основных гормональных влияний: 1) изменения проницаемости мембран клетки и органоидов; 2) изменения активности ферментов в клетке; 3) влияния на генетический аппарат ядра клетки.
2. Морфогенетическое действие гормонов на рост и развитие организма. Осуществляются эти процессы за счет изменений генетического аппарата клеток и обмена веществ. Примерами могут служить влияния соматотропина на рост тела и внутренних органов, половых гормонов - на развитие вторичных половых признаков.
3. Кинетическое или пусковое влияние гормонов заключается в том, что они запускают какую-то регулируемую ими функцию. Например, окситоцин вызывает сокращение мускулатуры матки, адреналин запускает распад гликогена в печени и выход глюкозы в кровь.
4. Корригирующее влияние гормонов заключается в том, что они изменяют интенсивность функций органов и тканей, которые могут регулироваться и без них. Например, гемодинамика прекрасно регулируется нервными механизмами, но гормоны (адреналин, тироксин и др.) усиливают и удлиняют нервные влияния.
5. Реактогенное влияние гормонов заключается в том, что они способны менять реактивность ткани к действию того же гормона, других гормонов или медиаторов нервных системы. Например, фолликулин усиливает действие прогестеронана слизистую оболочку матки, кальцийрегулирующие гормоны снижают чувствительность дистальных отделов нефрона к действию вазопрессина. Разновидностью реактогенного действия гормонов является пермиссивное действие – способность одного гормона обеспечивать проявление эффекта другого гормона. Например, для реализации эффектов адреналина необходимо присутствие малых количеств кортизола.
6.Адаптивное влияние - приспособление интенсивности обмена к потребностям организма в определенной ситуации. Особенно оно присуще гормонам надпочечников, гипофиза, щитовидной железы, которые приводят обмен в соответствие с запросами организма. Эти гормоны обеспечивают оптимальную интенсивность обмена веществ в каждой конкретной ситуации, создавая необходимые условия для деятельности клеток. Характер действия кортикостероидов определяется исходным уровнем метаболизма: если он низок, гормоны усиливают его и наоборот.
Механизм действия гормоно в Каждый гормон оказывает влияние только на чувствительные к нему органы. Органы, на которые направлено действие гормонов и которые имеют к нему сродство, называют органами-мишенями. Эти органы-мишени имеют специфические рецепторы, представляющие собой информационные молекулы, трансформирующие гормональный сигнал в гормональное действие. Гормоны осуществляют свое биологическое действие, связываясь с этими рецепторами. Различают мембранные (интегральные компоненты плазменных мембран) и внутриклеточные (в цитоплазме, ядре, митохондриях, т.е. внутри клеток) рецепторы.
Существует два основных механизма реализации гормональных эффектов на уровне клетки: реализация эффекта с наружной поверхности клеточной мембраны; реализация эффекта после проникновения гормона внутрь клетки.
Оба эти пути начинаются после взаимодействия гормона со специфическим для него рецептором.
I. Биологический эффект гормонов, взаимодействующих с рецепторами, лока лизованными на плазматической мембране, осуществляется с участием вторичных посредников, или передатчиков. В зависимости оттого, какое вещество выполняет его функцию, гормоны делятся на следующие группы:
гормоны, оказывающие биологический эффект с участием цАМФ;
гормоны, осуществляющие свое действие с участием цГМФ;
гормоны, осущ. с участием в качестве вторичного посредника ионизированного кальция или фосфатидилинозитидов (инозитолтрифосфат и диацилглицерин) или обоих соединений;
гормоны, оказывающие свое действие путем стимулирования каскада киназ и фосфатаз. Механизмы, участвующие в образовании вторичных посредников (мессенджеров), осуществляются через активирование аденилатциклазы, гуанилатциклазы, фосфолипазы С, тирозинкиназ, Са2*-каналов и др. Разделение гормонов по принципу активирующих систем того или иного вторичного посредника условно, так как многие гормоны после взаимодействия с рецептором активируют одновременно несколько вторичных мессенджеров.
II. Механизм действия гормонов коры надпочечников, половых гормонов, кальцитриола, стероидных и тиреоидных гормонов иной - рецепторы для них локализованы внутриклеточно . Эти гормоны по своим физико-химическим свойствам легко проникают через мембрану внутрь клетки и в цитоплазме образуют гормон-рецепторный комплекс. После отщепления от белка-рецептора полипептидного фрагмента, гормон-рецепторный комплекс проникает в ядро, где взаимодействует со специфическими областями ДНК, индуцируя синтез специфической РНК, инициируя транскрипцию и синтез белков и ферментов в рибосомах. Все эти явления требуют длительного присутствия гормон-рецепторного комплекса в ядре. Эффекты стероидных гормонов проявляются как через несколько часов, так и очень быстро. Это объясняется тем, что стероидные гормоны в клетке увеличивают содержание цАМФ и количество ионизированного кальция
Циркулирующие гормоны не действуют на все клетки (клетки-мишени) одинаково, причиной этого являются специфические рецепторные белки (рецепторы). Количество рецепторов, локализованных на цитоплазматической мембране и в цитоплазме клетки не постоянно. Оно регулируется действием соответствующих гормонов. При постоянно повышенном уровне гормона, число его рецепторов уменьшается. Этот феномен носит различные названия: гипосенсибилизация, рефрактерность, тахифилаксия или толерантность. При этом специфичность рецепторов невысока и поэтому они могут связывать не только гормоны, но и соединения, похожие на них по структуре. Например, токсин холеры может вступать в контакт с рецепторами для ТТГ. Иммуноглобулин G, вступая во взаимодействие с рецептором для ТТГ, может вызвать высвобождение тиреоглобулина. Так же рецепторы обладают ограниченной связывающей способностью. Все это приводит к тому, что избыток гормонов связывается с неспецифическими рецепторами клеток или после инактивации выводится из организма, что может стать причиной нарушений гормональной регуляции. Некоторые гормоны могут влиять на количество не только «собственных» рецепторов, но и рецепторов к другому гормону. Так, прогестерон уменьшает, а эстрогены увеличивают количество рецепторов одновременно и к эстрогенам, и к прогестерону. Многие эндокринные железы реагируют на влияние окружающей среды. Их реакция носит адаптационный характер, способствующая организму справиться с влиянием внешней среды (холод, жара, эмоции, нагрузка и т.д.). Важным фактором, определяющим продукцию гормона, является состояние регулируемой функции, т.е. выработка гормонов регулируется по принципу саморегуляции.
95. Гуморальная регуляция. Классификация гуморальных агентов и эндокринных желёз. Биохимическая природа гормонов.
При изучении эпителиальных тканей организма в классификации, наряду с покровным эпителием, выделялся железистый эпителий, в который входили железы внешней секреции (экзокринные) и железы внутренней секреции (эндокринные). Указывалось, что эндокринные железы не имеют выводных протоков и выделяют свой секрет (который называется гормон) в кровь или лимфу. По строению железы внутренней секреции делятся на два типа: фолликулярные, - когда эндокриноциты формируют фолликулы, и трабекулярные, - представленные тяжами эндокринных клеток.
Гормоны - это вещества с высокой биологической активностью - регулируют рост и деятельность клеток различных тканей организма.
Для гормонов характерна специфичность действия на конкретные клетки и органы, называемые мишенями. Это обусловлено наличием на клетках-мишенях специфических рецепторов, распознающих и связывающих данный гормон. Будучи связан рецептором, гормон может воздействовать на плазматическую мембрану, на фермент, находящийся в этой мембране, на клеточные органеллы в цитоплазме или же на ядерный (генетический) материал.
Химическая природа гормонов различна. Подавляющее большинство гормонов принадлежит к белкам и производным аминокислот, часть - к стероидам (т.е. производным холестерина).
Эндокринная регуляция является одним из нескольких видов регуляторных воздействий, среди которых выделяют:
аутокринную регуляцию (в пределах одной клетки или клеток одного типа);
паракринную регуляцию (короткодистантную, - на соседние клетки);
эндокринную (опосредованную гормонами, циркулирующими в крови);
нервную регуляцию.
Наряду с термином "эндокринная регуляция", часто используют термин "нейро-гуморальная регуляция", подчеркивая тесную взаимосвязь нервной и эндокринной систем.
Общим для нервных и эндокринных клеток является выработка гуморальных регулирующих факторов. Эндокринные клетки синтезируют гормоны и выделяют их в кровь, а нейроны синтезируют нейромедиаторы (большинство из которых является нейроаминами): норадреналин, серотинин и другие, выделяющиеся в синаптические щели. В гипоталамусе находятся секреторные нейроны, совмещающие свойства нервных и эндокринных клеток. Они обладают способностью образовывать как нейроамины, так и олигопептидные гормоны. Выработка гормонов эндокринными органами регулируется нервной системой.
Классификация эндокринных структур
I. Центральные регуляторные образования эндокринной системы:
гипоталамус (нейросекреторные ядра);
гипофиз (аденогипофиз и нейрогипофиз);
II. Периферические эндокринные железы:
щитовидная железа;
околощитовидные железы;
надпочечники (корковое и мозговое вещество).
III. Органы, объединяющие эндокринные и неэндокринные функции:
гонады (половые железы - семенники и яичники);
плацента;
поджелудочная железа.
IV. Одиночные гормонпродуцирующие клетки, апудоциты.
Как в любой системе, центральные и периферические ее звенья имеют прямые и обратные связи. Гормоны, вырабатываемые в периферических эндокринных образованиях, могут оказывать регулирующее влияние на деятельность центральных звеньев.
Одной из особенностей строения эндокринных органов является обилие в них сосудов, особенно гемокапилляров синусоидного типа и лимфокапилляров, в которые поступают секретируемые гормоны.
Гуморальная регуляция осуществляется с помощью особых химических регуляторов внутренней среды - гормонов. Это химические вещества, образующиеся и выделяющиеся специализированными эндокринными клетками, тканями и органами. От других биологически активных веществ (метаболитов, медиаторов) гормоны отличаются тем, что они образуются специализированными эндокринными клетками и оказывают свое действие на удаленные от них органы.
Считается, что гормональная регуляция осуществляется эндокринной системой. В это функциональное объединение входят эндокринные органы или железы (например, щитовидная железа, надпочечники и др.). Эндокринная ткань в органе (скопление эндокринных клеток, например, островки Лангерганса в поджелудочной железе). Клетки органов, обладающие кроме основной, одновременно и эндокринной функцией (например, мышечные клетки предсердий наряду с сократительной функцией образуют и секретируют гормоны, влияющие на диурез).
Аппарат управления гормональной регуляцией. Гормональная регуляция имеет и аппарат управления. Один из путей такого управления реализуется отдельными структурами центральной нервной системы, непосредственно передающими нервные импульсы к эндокринным элементам. Это нервный или цереброгландулярный (мозг – железа) путь . Другой путь управления эндокринными клетками нервная система реализует через гипофиз (гипофизарный путь ). Важным путем управления деятельностью некоторых эндокринных клеток является местная саморегуляция (например, секреция сахаррегулирующих гормонов островками Лангерганса регулируется уровнем глюкозы в крови; кальцитонина – уровнем кальция).
Центральной структурой нервной системы, регулирующей функции эндокринного аппарата, является гипоталамус. Эта функция гипоталамуса связана с наличием в нем групп нейронов, обладающих способностью синтезировать и секретировать специальные регуляторные пептиды – нейрогормоны. Гипоталамус является одновременно и нервным и эндокринным образованием. Свойство нейронов гипоталамуса, синтезировать и секретировать регуляторные пептиды, получило название нейросекреция. Надо заметить, что в принципе, этим свойством обладают все нервные клетки - они транспортируют синтезированные в них белки, ферменты.
Нейросекрет переносится в структуры мозга, ликвор и гипофиз. Гипоталамические нейропептиды делят на три группы. Висцерорецепторные нейрогормоны – обладают преимущественно действием на висцеральные органы (вазопрессин, окситоцин). Нейрорецепторные нейрогормоны – нейромодуляторы и медиаторы, обладающие выраженными эффектами на функции нервной системы (эндорфины, энкефалины, нейротензин, ангиотензин). Аденогипофизрецепторные нейрогормоны – реализующие деятельность железистых клеток аденогипофиза.
Кроме гипоталамуса к общему звену управления деятельностью эндокринных элементов относят еще лимбическую систему
Синтез, секреция и выделение гормонов. По химической природе все гормоны подразделяют на три группы. Производные аминокислот – тиреоидные гормоны, адреналин, гормоны эпифиза. Пептидные гормоны – гипоталамические нейропептиды, гормоны гипофиза, островкового аппарата поджелудочной железы, околощитовидные гормоны. Стероидные гормоны – образуются из холестерина – гормоны надпочечников, половые гормоны, гормон почечного происхождения – кальцитрол.
Гормоны обычно депонируются в тех тканях, где образуются (фолликулы щитовидной железы, мозговое вещество надпочечников – в виде гранул). Но некоторые из них депонируются и несекреторными клетками (катехоламины захватываются клетками крови).
Транспорт гормонов осуществляется жидкостями внутренней среды (кровью, лимфой, микроокружением клеток) в двух формах – связанной и свободной. Связанные (с мембранами эритроцитов, тромбоцитов и белками) гормоны имеют низкую активность. Свободные – являются наиболее активные, проходят через барьеры и взаимодействуют с клеточными рецепторами.
Метаболические превращения гормонов приводят к образованию новых информационных молекул с отличающимися от основного гормона свойствами. Осуществляется метаболизм гормонов с помощью ферментов в самих эндокринных тканях, печени, почках и в тканях – эффекторах.
Выделение информационных молекул гормонов и их метаболитов из крови происходит через почки, потовые железы, слюнные железы, желчь, пищеварительные соки.
Механизм действия гормонов. Различают несколько видов, путей и механизмов действия гормонов на ткани – мишени. Метаболическое действие – изменение обмена веществ в тканях (изменение проницаемости мембран клеток, активности ферментов в клетке, синтеза ферментов). Морфогенетическое действие – влияние гормонов на процессы формообразования, дифференцировки и роста структурных элементов (изменение генетического аппарата и обмена веществ). Кинетическое действие – способность запускать деятельность эффектора (окситоцин – сокращение мускулатуры матки, адреналин – распад гликогена в печени). Корригирующее действие – изменение деятельности органов (адреналин – увеличение частоты сердечных сокращений). Реактогенное действие – способность гормона менять реактивность ткани к действию того же гормона, других гормонов или медиаторов (глюкокортикоиды облегчают действие адреналина, инсулин улучшает реализацию действия соматотропина).
Пути действия гормонов на клетки – мишени могут осуществляться в виде двух возможностей. Действие гормона с поверхности клеточной мембраны после связывания со специфическим мембранным рецептором (запуск после этого цепочки биохимических реакций в мембране и цитоплазме). Так действуют пептидные гормоны и катехоламины. Или через проникновение через мембрану и связывание с рецепторами цитоплазмы (после чего гормон – рецепторный комплекс проникает в ядро и органоиды клетки). Так действуют стероидные гормоны, гормоны щитовидной железы.
У пептидных, белковых гормонов и катехоламинов гормон – рецепторный комплекс приводит к активации мембранных ферментов и образованию вторичных посредников
гормонального регуляторного эффекта. Известны следующие системы вторичных посредников:аденилатциклаза – циклический аденозин – моно – фосфат (цАМФ), гуанилатциклаза – циклический гуанозин – моно- фосфат (цГМФ), фосфолипаза С – инозитол – три – фосфат (Ифз), ионизированный кальций.
Детальная работа всех этих вторичных посредников Вами будет рассмотрена в курсе биохимии. Поэтому я лишь должен отметить, что в большинстве клеток организма присутствуют или могут образовываться почти все из рассмотренных выше вторичных посредников, за исключением цГМФ. Между ними, в связи с этим, устанавливаются различные взаимосвязи (равноправное участие, один основной, а другие способствуют ему, действуют последовательно, дублируют друг друга, являются антагонистами).
У стероидных гормонов мембранный рецептор обеспечивает специфическое узнавание гормона и его перенос в клетку, а в цитоплазме располагается особый цитоплазменный белок – рецептор, с которым и связывается гормон. Затем наступает взаимодействие этого комплекса с ядерным рецептором и включается цикл реакций с включением в процесс ДНК и с конечным синтезом белков и ферментов в рибосомах. Кроме того, стероидные гормоны изменяют в клетке и содержание цАМФ и ионизированного кальция. В этом плане механизмы действия разных гормонов имеют общие черты.
В последние десятилетия открыта большая группа ткак называемых тканевых гормонов.
Например, гормоны пищеварительного тракта, почек и, практически, всех тканей организма. К ним относят простагландины, кинины, гистамин, серотонин, цитомедины и другие.
Более подробно мы поговорим обо всех этих веществах, когда перейдем к изучению частной физиологии (физиологии отдельных систем и органов). Вторая половина прошлого века в биологии и медицине характеризуется бурным развитием изучения роли пептидов в деятельности организма. Ежегодно появляется большое количество публикаций, посвященных действию пептидов на течение различных физиологических функций. В настоящее время из различных (практически всех) тканей организма выделено более 1000 пептидов. Среди них большая группа нейропептидов. К настоящему времени пептидные регуляторы обнаружены в желудочно–кишечном тракте, сердечно – сосудистой системе, органах дыхания и выделения. Т.е. имеется как бы рассеянная нейроэндокринная система, называемая иногда третьей нервной системой. Эндогенные пептидные регуляторы, содержащиеся в крови, лимфе, интерстициальной жидкости и различных тканях, могут иметь как минимум три источника своего происхождения: эндокринные клетки, нейрональные элементы органа, а также депо аксонального транспорта пептида из центральной нервной системы. Головной мозг постоянно синтезирует, и, следовательно, содержит за небольшим исключением все пептидные биорегуляторы. Поэтому мозг с полным основанием можно назвать эндокринным органом. В конце прошлого века было доказано наличие в клетках организма информационных молекул, обеспечивающих взаимосвязи в деятельности нервной и иммунной систем. Они получили название цитомедины. Это соединения, которые осуществляют связь между малыми группами клеток и оказывают выраженное влияние на их специфическую активность Цитомедины несут от клетки к клетке определенную информацию, записанную с помощью последовательности аминокислот и конформационных модификаций. Наибольший эффект цитомедины вызывают в тканях того органа, из которого они выделены. Эти вещества поддерживают определенное соотношение клеток в популяциях, находящихся на разнличных стадиях развития. Они осуществляют информационный обмен между генами и межклеточной средой. Они уаствуют в регуляции процессов дифференцировки и пролиферации клеток, изменяя функциональную активность генома и биосинтез белка. В настоящее время выдвигается представление о существовании единой нейро - эндокринной – цитомединовой системы регуляции функций в организме.
Мне особо хотелось бы подчеркнуть, что наша кафедра имеет отношение к изучению механизма действия многочисленной группы веществ, получивших название цитомедины. Эти вещества пептидной природы выделены в настоящее время практически из всех органов и тканей и являются важнейшим звеном в регуляции физиологических функций в организме.
Некоторые из этих веществ прошли экспериментальную проверку, в том числе, и на нашей кафедре и в настоящее время описаны как лекарственные препараты (тимоген, тималин – из тканей тимуса, кортексин – из тканей мозга, кардиалин – из тканей сердца – препараты получены в России). Наши сотрудники изучали механизм действия таких цитомединов - из тканей слюнных желез – В.Н. Соколенко. Из тканей печени и эритроцитов – Л.Э. Веснина, Т.Н. Запорожец, В.К. Пархоменко, А. В. Катрушов, О.И. Цебржинский, С.В. Мищенко. Из тканей сердца – А.П. Павленко, из тканей почек – И.П. Кайдашев, из тканей мозга – Н.Н. Грицай, Н.В. Литвиненко. Цитомедин «Вермилат» из тканей калифорнийского червя – И.П. Кайдашев, О.А., Баштовенко.
Эти пептиды играют важную роль в регуляции антиоксидантной защиты в организме, иммунитете, неспецифической резистентности, свертывании крови и фибринолизе и других реакциях.
Взаимоотношение нервных и гуморальных механизмов в регуляциии физиологических функций. Рассмотренные выше нервные и гуморальные принципы регуляции функционально и структурно объединены в единую нейро – гуморальную регуляцию. Начальным звеном такого регуляторного механизма, как правило, является афферентный сигнал на входе, а эффекторные каналы информационной связи являются либо нервными, либо гуморальными. Рефлекторные реакции организма являются начальными в сложном целостном реагировании, но только в совокупности с аппаратом эндокринной системы обеспечивается системность регуляции жизнедеятельности организма с целью оптимального ее приспособления к условияим среды. Одним из механизмов такой организации регуляции жизнедеятельности является общий адаптационный синдром или стресс . Он представляет собой совокупность неспецифических и специфических реакций систем нейро-гуморальной регуляции, метаболизма и физиологических функций. Системный уровень нейро-гуморальной регуляции жизнедеятельности проявляется при стрессе в виде повышения устойчивости организма в целом к действию факторов окружающей внешней среды, в том числе и вредных для организма.
Более подробно механизм стресса Вы будете изучать в курсе патологической физиологии. Однако я хотел бы обратить Ваше внимание на то, что при осуществлении этой реакции ярко демонстрируется взаимоотношение нервных и гуморальных механизмов регуляции физиологических функций в организме. В организме эти механизмы регуляции дополняют друг друга, образуя функционально единый механизм. Так, например, гормоны влияют на процессы, протекающие в мозгу (поведение, память, обучение). Мозг, в свою очередь, контролирует активность эндокринного аппарата.
Взаимосвязь организма с окружающей внешней средой, которая так влияет на его функции, осуществляется с помощью специального аппарата нервной системы, который получил название анализаторы. Об их строении и функции мы и поговорим на следующей лекции.