Тема№3: Организм человека как единая саморазвивающаяся и саморегулируемая система

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.