Надежность биологических систем

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

Принципы надежности

Свойство надежности обеспечивается рядом принципов:

1. Принцип избыточности

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

2. Принцип резервирования функции

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

3. Принцип периодичности функционирования

Принцип периодичности функционирования обеспечивает переменную структуру системы и в состоянии физио­

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

4. Принцип взаимозаменяемости и замещения функций

Принцип взаимозаменяемости и замещения функций - обеспечивает возможность перестройки функциональ­

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

недостаточной эффективности буферных систем.

5. Принцип дублирования

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

6. Принцип смещения в ряду сопряженных функций

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

7. Принцип усиления, существующий в системах регуляции

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

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

18. Понятие о компенсации, её этапы.

Компенсация (компенсаторные процессы) - адаптация в условиях болезни, приспособление к патологическим условиям существования организма. Сформированное таким образом приспособление (стадия компенсации) рано или поздно завершается истощением функциональных возможностей и срывом компенсации - декомпенсацией (стадия декомпенсации). При декомпенсации жизненно важных функций наступает смерть организма. Рекомпенсация возможна только путём замены «изношенного» органа полноценным донорским (трансплантация органа). Таким образом, решение проблемы рекомпенсации зависит от успехов трансплантационной медицины.

Морфология приспособительных процессов

В отечественной патологической анатомии среди приспособительных процессов, помимо воспаления, иммунного ответа и тромбоза, традиционно рассматривают объёмные процессы (атрофию и гипертрофию), регенерацию, дисплазию, организацию и стресс-синдром.

Похожая информация.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ

Организм, взаимодействуя с окружающей средой, имеет механизмы, которые обес­печивают его жизнеспособность. В процессе филогенеза (историческое развитие того или иного вида) был создан своеобразный резерв у организма, который со­ставляет так называемую биологическую надежность организма.

Биологическая надежность присуща как всему организму в целом, так и его
функциональным системам. Накопление надежности в отдельных органах и систе­
мах происходит гетерохронно. В первую очередь максимальное увеличение биоло­
гической надежности происходит в тех системах, которые на данном этапе разви­
тия организма более значимы. Например, концентрация факторов, участвующих
в свертывании крови, у новорожденногс^уже близка к уровню взрослого человека.
В течение первых двух лет жизни эта концентрация повышается в 2-3 раза. Такое
увеличение совпадает с периодом овладения ребенком навыками ходьбы и повы­
шает биологическую надежность организма, .который может подвергаться трав­
мам и повреждениям. "

Биологическая надежность одних систем обеспечивается дублированием ор­ганов (парные почки, легкие, глаза и т. д.); других - взаимозаменяемостью (поте­ря зрения приводит к обострению слуха и тактильной чувствительности).

Важной особенностью биологической надежности является то, что в нормаль­ных условиях организм и все его системы функционируют не на пределе своих воз­можностей, а сохраняют определенный резерв, который может быть использован в экстремальных ситуациях. Например, в вентиляции легких участвует лишь 15 % легочной ткани, а при интенсивной физической работе - 25-30 %. В коре больших полушарий активны 4 % нервных клеток, что свидетельствует об огромных резерв­ных возможностях нервной системы.

Биологическая надежность наследственно закреплена и позволяет расширять или. снижать границы жизненных возможностей человека в зависимости от усло­вий жизни. Так, закаливание организма расширяет резервные возможности тем­пературной адаптации, а недостаточное питание детей приводит к нарушениям деятельности организма.

За счет биологической надежности достигается экономизация функций орга­низма. Организм в условиях покоя использует только часть своих функциональ­ных возможностей для адаптации к различным воздействиям, сохраняя резерв для ответной реакции в экстремальных ситуациях. Например, максимальная частота сердечных сокращений у человека составляет примерно 170-180 циклов в 1 мин. В раннем возрасте частота сердечных сокращений у детей, даже в 1 покое, равна 120-130 уд./мин, тогда как у взрослых нетренированных людей - 80 уд./мин, а у трени­рованных спортсменов - 60 уд./мин. Благодаря уменьшению частоты сердечных сокращений увеличивается резерв функциональных возможностей сердца.

1.6. АДАПТИВНОСТЬ

Адаптация - свойство организма приспосабливаться к действию факторов ок­ружающей среды. Различают адаптацию физиологическую и социальную. Фи­зиологическая адаптация - совокупность функциональных реакций организма на неблагоприятные воздействия внешней среды, направленных на сохранение свойственного организму уровня гомеостаза (относительное физико-химическое постоянство внутренней среды организма).

В настоящее время под адаптацией понимают формирование приспособитель­ных реакций организма не только при действии неблагоприятных или экстремаль­ных факторов среды, но и при действии обычных (не экстремальных) факторов.

Любые приспособительные реакции в организме осуществляются под контро­лем ЦНС благодаря формированию специальных функциональных систем адап­тации, которые включают корковые и подкорковые отделы головного мозга и эн­докринные железы. При формировании защитных реакций организма в условиях экстремальных воздействий (стресса) особое значение имеет гипофиз и надпочеч­ники, они синтезируют адаптивные гормоны.

Социальная адаптация заключается в том, что человек должен приспосабли­ваться к действию факторов социальной среды и вырабатывать поведенческие реакции для данной социальной микрогруппы: семья, ясли, детский сад, школа и т. д.

Адаптационные возможности детей и подростков существенно меньше, чем взрослого человека, поэтому учителям и родителям следует оберегать детей от рез­ких изменений условий жизни, воздействия непривычных для них раздражающих факторов. Затрудняет адаптацию неблагополучный анамнез* ребенка: патологи­ческое течение беременности у матери, неблагоприятные роды, частые заболева­ния ребенка, травмы головного мозга. Резко снижаются адаптационные возмож­ности организма детей в критические периоды развития.

Поступление детей в школу в корне меняет характер их жизни. Им прихо­дится адаптироваться к школьной нагрузке - физической, умственной и эмоци­ональной. Проведение нескольких часов в день за партой в школе, дома за сто­лом приводит к напряжению статических мышц, поддерживающих осанку. Не­зрелость опорно-двигательного аппарата детей младшего школьного возраста, а также недостаточное развитие координационных механизмов в коре головного мозга обусловливают несовершенство двигательной функции. Из-за недостаточ­ной силы нервных процессов, преобладания процессов возбуждения над процес­сами торможения возможны неустойчивое внимание, ухудшение памяти и быст­рое утомление. Многие школьники испытывают гиподинамию (уменьшение дви­гательной активности), которая ведет к ухудшению функций нервной системы, внутренних органов, костной и мышечной систем и нарушению осанки.

* Анамнез - сведения о наследственности, перенесенных болезнях и условиях жизни больного как материал для диагноза.

Адаптация первоклассников к школьной нагрузке протекает в три фазы.

1. Фаза ориентировочного приспособления - длится 2 недели и характеризует­ся повышением возбудимости детей, увеличением реактивности всех систем. У 40 % детей наблюдается повышенная двигательная активность. Учителю не­обходимо реализовать эту активность посредством проведения физкультмину­ток и организации перемен с максимальным пребыванием на свежем воздухе.

2. Фаза относительно устойчивого приспособления - длится до 6 недель. В эту фазу происходит постепенное привыкание детей к новым условиям, режиму. Однако это привыкание неустойчиво, шитому любые перегрузки могут при­вести к истощению организма, нарушению психики ребенка, агрессии, раз­личным формам неврозов (боязнь шкоды, учителя, плохих отметок и т. д.). Ус­тановлено, что около 15 % детей не справляются со школьной нагрузкой, из-за чего возникают различные заболевания органов дыхания, желудочно-кишеч­ного тракта, инфекционные заболевания. В таком случае следует перевести. ребенка на индивидуальное обучение либо повременить с его обучением..

3. Фаза неполного приспособления -^длится от 16 до 20 недель. Происходит тренировка всех систем организма, у ученика улучшается работоспособность, он овладевает навыками письма, чтения, счета. Развитие и длительность этой фазы зависят от условий, создаваемых педагогами и родителями. Рациональ­но составленный режим дня, регулярное Полноценное питание и достаточный сон облегчают адаптацию детей к школьной нагрузке. Следует помнить, что ни одна схема режима дня не может быть универсальной, необходимо учиты­вать индивидуальные особенности ребенка.

Поскольку адаптация младших школьников протекает на разных уровнях (нервно-психическом, двигательно-поведенческом, вегетативном, биохимическом и т. д.), то для оценки адаптации используют различные тесты и методики.

Существует пассивная адаптация, которая заключается в избегании от воз­действия факторов среды или подчинении им. Такое проявление адаптации не­благоприятно для дальнейшего развития ребенка и свидетельствует о необходи­мости коррекции условий его жизни.

Естественно, что организм, непрерывно взаимодействуя с окружающей средой, должен иметь механизмы, обеспечивающие его жизнеспособность в пределах широких колебаний окружающих условий. Поэтому в процессе филогенеза происходило широкое накопление жизненных возможностей, создание своеобразного резерва, который составляет так называемую биологическую надежность организма . Примером, подтверждающим высказанное положение, может служить развитие системы свертывания крови. Известно, что количество тромбина (фермента, вызывающего свертывание крови), содержащегося в 10 мл крови, достаточно для свертывания всей крови человека; в среднем в организме около 5 литров крови; следовательно, тромбина одного человека вполне достаточно для превращения в сгусток крови 500 человек. Принимая во внимание, что при свертывании используется лишь часть этого фактора, нетрудно представить колоссальные резервные возможности всей системы.

Принцип надежности присущ как всему организму в целом, так и его системам (центральной нервной системе, дыхательной, пищеварительной и т. д.). Накопление биологической надежности в отдельных органах и системах идет гетерохронно. В первую очередь максимальное увеличение надежности происходит в системах, приобретающих на данном этапе развития решающее значение. Так, например, концентрация факторов, участвующих в свертывании крови, у новорожденного уже близка к уровню взрослого человека. В течение первых двух лет жизни их количество повышается в 2–3 раза. Это увеличение совпадает с периодом овладения ребенком навыками ходьбы и, несомненно, повышает биологическую надежность организма, подвергающегося на данном этапе развития возросшей угрозе травм и повреждений.

Биологическая надежность одних систем обеспечивается дублированием органов (парные почки, легкие, глаза и т. д.); других – взаимозаменяемостью (потеря зрения приводит к обострению слуха и тактильной чувствительности).

Важной особенностью биологической надежности является то, что в нормальных условиях организм и все его системы функционируют не на пределе своих возможностей, а сохраняют определенный резерв, который может быть использован в экстремальных ситуациях. Так, в вентиляции легких участвует лишь 15% легочной ткани, а при интенсивной физической работе – 25–30%. В коре больших полушарий активны лишь 4% нервных клеток, что свидетельствует об огромных резервных возможностях нервной деятельности. Следовательно, увеличение количества функционирующих элементов различных систем организма – один из важных стратегических подходов к повышению его резервных возможностей.

Надежность биологической системы наследственно закреплена и позволяет расширять или снижать границы жизненных возможностей человека в зависимости от условий жизни. Так, закаливание организма расширяет резервные возможности температурной адаптации. Недостаточное питание детей приводит к нарушениям деятельности центральной нервной системы, что выражается в ухудшении показателей обучаемости и поведения.

1.6. Адаптивность

Адаптация (прилаживание, приноравливание) – свойство организма приспосабливаться к действию факторов окружающей среды. Различают адаптацию физиологическую и социальную. Физиологическая адаптация – совокупность функциональных реакций организма на неблагоприятные воздействия внешней среды, направленных на сохранение свойственного организму уровня гомеостаза (относительное физико-химическое постоянство внутренней среды организма).

В настоящее время под адаптацией понимают формирование приспособительных реакций организма не только при действии неблагоприятных или экстремальных факторов среды, но и при действии обычных (не экстремальных) факторов.

Биологические механизмы адаптации изучены пока недостаточно. Отмечено, что любые приспособительные реакции в организме осуществляются под контролем ЦНС благодаря формированию специальных функциональных систем адаптации, включающих корковые и подкорковые отделы головного мозга и эндокринные железы. В формировании защитных реакций организма в условиях экстремальных воздействий (стресса) особое значение отводится гипофизу и надпочечникам, синтезирующим так называемые адаптивные гормоны. Адаптация человека к условиям среды, являясь общебиологическим свойством всего живого, вместе с тем характеризуется качественной особенностью – она носит ярко выраженный социальный характер.

Ребенок прежде всего должен приспосабливаться к действию факторов социальной среды и вырабатывать целесообразные поведенческие реакции для данной социальной микрогруппы: семья, ясли, детский сад, школа и т. д. Учителю и воспитателю необходимо знать, что адаптационные возможности детей и подростков существенно меньше, чем взрослого человека, поэтому их следует оберегать от резких изменений условий жизни, от действия непривычных для них раздражающих факторов. Исследования процессов адаптации детей при поступлении их в ясли, детский сад и школу свидетельствуют о напряженной деятельности всех физиологических систем детского организма, что приводит к задержке физического развития, снижению резистентности организма и развитию различных заболеваний. Значительное влияние на ход адаптации оказывает неблагополучный анамнез ребенка: патологическое течение беременности у матери, неблагоприятные роды, частые заболевания ребенка, травмы головного мозга. Резко снижаются адаптационные возможности организма детей и подростков в критические периоды развития.

Известно, что при поступлении детей в школу в корне меняется характер их жизни. Им приходится адаптироваться к школьной нагрузке – физической, умственной и эмоциональной. Проведение нескольких часов в день за партой в школе, дома за столом приводит к напряжению статических мышц, поддерживающих осанку. Незрелость опорно-двигательного аппарата детей младшего школьного возраста, а также недостаточное развитие координационных механизмов в коре головного мозга обусловливают несовершенство двигательной функции. Недостаточная сила нервных процессов, преобладание процессов возбуждения над процессами торможения может до некоторой степени объяснить неустойчивость внимания, ухудшение памяти и быстрое утомление. Многие школьники испытывают гиподинамию, которая ведет к ухудшению функций нервной системы, внутренних органов, костной и мышечной систем и нарушению осанки.

Адаптация первоклассников к школьной нагрузке протекает в три фазы (А. Г. Хрипкова и др., 1982).Первая – фаза ориентировочного приспособления – длится 2 недели и характеризуется повышением возбудимости детей, увеличением реактивности всех систем. У 40% детей наблюдается повышенная двигательная активность. Учителю необходимо реализовать эту жизненно необходимую потребность через физкультминутки и организацию перемен с максимальным пребыванием на свежем воздухе.

Вторая – фаза относительно устойчивого приспособления – длится до 6-ти недель. В эту фазу происходит постепенное привыкание детей к новым условиям, к режиму. Однако это приспособление не стойкое. Поэтому любые перегрузки могут привести к истощению организма, особенно ранима психика ребенка. Может появляться агрессия, различные формы неврозов (боязнь школы, учителя, плохих отметок и т. д.). Установлено, что в среднем, около 15% детей могут не справиться со школьной нагрузкой. На этой почве могут возникнуть различные заболевания: наиболее часто встречаются заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, инфекционные заболевания. В данном случае следует, учитывая состояние здоровья ребенка и условия жизни, перевести его на индивидуальное обучение либо повременить с обучением.

Третья – фаза неполного приспособления – длится от 16-ти до 20-ти недель. Она характеризуется тренировкой всех систем организма: улучшением работоспособности, овладением навыками письма, чтения, счета. Развитие и длительность этой фазы зависят от условий, создаваемых педагогами и родителями. Рационально составленный режим дня, регулярное полноценное питание и достаточный сон облегчают адаптацию детей к школьной нагрузке. Однако необходимо помнить, что ни одна схема режима дня не может быть универсальной, пригодной для всех. В каждом конкретном случае необходимо учитывать индивидуальные особенности ребенка.

У многих первоклассников к концу года наблюдается потеря веса, замедление ростовых процессов, снижение артериального давления и повышенная утомляемость. Мерой адаптации детей к школьным нагрузкам является уровень их здоровья.

Поскольку адаптация младших школьников протекает на разных уровнях (нервно-психическом, двигательно-поведенческом, вегетативном, биохимическом и т. д.), то для оценки используют различные тесты и методики.

Кроме активной адаптации , обеспечивающей приспособление организма к условиям среды, может развиться и пассивная адаптация , заключающаяся в избегании, уходе от воздействия факторов среды. Такое проявление адаптации является неблагоприятным фоном для дальнейшего развития ребенка и свидетельствует о необходимости коррекции условий жизни.

(смотри конспект)

Гомеостаз. Пути надежности функционирования организма как биологической системы.

ГОМЕОСТАЗ – свойство живого организма сохранять относительное динамичное постоянство внутренней среды. Гомеостаз выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотическом давлении, устойчивости основных физиологических функций. Гомеостаз специфичен и обусловлен генотипом.

Ритмичность биологических функций, основных биофизических, биохимических и физиологических процессов, составляющих основу жизнедеятельности, является одним из условий существования животных и растительных организмов. Система гемостаза имеет свой биологический ритм функционирования (суточный, многодневный, сезонный, зависящий от солнечной активности).

Концепция о на­дежности биологических систем выдвинута профессором А.А. Маркосяном. Суть ее состоит в том, что в процессе роста и развития организма создается избыточность структур, дублирование функций, большой запас резервных воз­можностей. Этим обеспечивается надежность в работе любой биологической системы. Проиллюстрируем сказанное несколькими примерами: стенка сон­ной артерии способна выдержать давление в 20 атм., что в 60-70 раз превы­шает возможное. Передача зрительной информации происходит через 1 млн нервных волокон, а в сетчатке глаза содержится около 100 млн воспринима­ющих клеток, т. е. в 100 раз больше.

Дублирование структур и функций характерно для многих внутренних органов; два легких, две почки, два полушария головного мозга. Оно рассмат­ривается как биологическая целесообразность, обеспечивающая надежность функционирования систем, т. е организм ребенка обладает огромными по­тенциальными возможностями.

Правильно организованное физическое воспитание, спортивные занятия, раскрывая колоссальные потенциальные возможности растущего организма, обеспечивают высокий запас его прочности.

Перечень биологических законов

1. Обусловленность роста и развития генетическими и средовыми факторами (первый закон).

2. Неравномерность темпа роста и развития (второй закон).

3. Неодновременность (гетерохронность) развития отдельных органов и систем (третий закон).

4. Особенности роста и развития в зависимости от пола (четвертый закон).

5. Обеспечение надежности биологических систем организма (пятый закон).

6. Акцелерация и децелерация (шестой закон).

Регуляция. Виды регуляции. Местная регуляция. Нервная регуляция. Гуморальная регуляция

Согласованная деятельность различных систем организма, поддержание относительного постоянства клеточного состава и физико-химических свойств внутренней среды (гомеостаза) обеспечивается нервным и гуморальным механизмами регуляции функций.

Механизмы физиологической регуляции:

гуморальный.

Гуморальная физиологическая регуляция для передачи информации использует жидкие среды организма (кровь, лимфу, цереброспинальную жидкость и т.д.) Сигналы передаются посредством химических веществ: гормонов, медиаторов, биологически активных веществ (БАВ), электролитов и т.д.

Особенности гуморальной регуляции:

не имеет точного адресата – с током биологических жидкостей вещества могут доставляться к любым клеткам организма;

скорость доставки информации небольшая – определяется скоростью тока биологических жидкостей – 0,5-5 м/с;

продолжительность действия.

Нервная физиологическая регуляция для переработки и передачи информации опосредуется через центральную и периферическую нервную систему. Сигналы передаются с помощью нервных импульсов.

Особенности нервной регуляции:

имеет точного адресата – сигналы доставляются к строго определенным органам и тканям;

большая скорость доставки информации – скорость передачи нервного импульса – до 120 м/с;

кратковременность действия.

Для нормальной регуляции функций организма необходимо взаимодействие нервной и гуморальной систем.

Нейрогуморальная регуляция объединяет все функции организма для достижения цели, при этом организм функционирует как единое целое.

Нервный и гуморальный механизмы регуляции функций тесно взаимосвязаны между собой. Гуморальные факторы оказывают влияние на деятельность нервных клеток ЦНС, она в свою очередь изменяет деятельность органов. С другой стороны – образование и поступление в кровь гуморальных веществ регулируется нервной системой

Таким образом, в организме существует единая нервно-гуморальная система, обеспечивающая саморегуляцию функций, без чего невозможно существование организма.

Физиологическая регуляция – это активное управление функциями организма и его поведением для поддержания оптимального уровня жизнедеятельности, постоянства внутренней среды и обменных процессов с целью приспособления организма к меняющимся условиям среды.

Гуморальную регуляцию условно делят на местную саморегуляцию и гормональную регуляцию.

Местная саморегуляцияобеспечивается передачей химических сигналов в пределах одной ткани или органа с помощью простейших метаболитов и более сложных продуктов обмена - «тканевых гормонов».

Простейшие метаболиты – вещества, получаемые в результате биохимических реакций. Они выступают как регуляторы обменных процессов и функций органов по принципу обратной связи. Например, образование молочной кислоты, пировиноградной кислоты при интенсивной деятельности мышц ведет к расши­рению артериол и прекапилляров для увеличения притока крови и кислорода. В то же время сократительная способность мышц ослабевает. Регуляторные эффекты метаболитов неспецифичны.

"Тканевые гормоны" или гистогормоны – это метаболиты сложного химического строения, которые в отличие от «классических» гормонов вырабатываются неспециализированными клетками (например, кинины, простагландины). Характерным признаком гистогормонов является их способность обеспечивать взаимодействие и регуляцию клеток на «местном» уровне, практически без вмешательства нервной системы.

Гистогормоны делятся на 2 группы:

1. Тканеспецифические гистогормоны локального действия:факторы роста нервов, тромбоцитов (тромбопоэтины), эритроцитов (эритропоэтины). Сюда же можно отнести и кейлоны или халоны - простые белки или гликопротеиды, подавляющие деление клеток и синтез ДНК. Существуют и антикейлоны – вещества, стимулирующие образование новых структур. Нарушение таких связей может лежать в основе ряда заболеваний (например опухолевый рост), а также играть роль в процессах старения.

2. Тканеспецифические гистогормоны широкого спектра действия -например, простагландины, брадикинин, гистамин,и т.д. Образование этих веществ, в отличие от гормонов, осуществляется неспециализированными клетками.

Нервные центры. Основные свойства нервных центров.

Строение и функции спинного мозга. Функциональная организация сегмента спинного мозга. Нейроны спинного мозга.

Специфические и неспецифические ядра таламуса.

Влияние центральной нервной системы и биологически активных веществ на кровообращение.

Газообмен в легких.

Газообмен - обмен газов между организмом и внешней средой. Из окружающей среды в организм непрерывно поступает кислород, который потребляется всеми клетками, органами и тканями; из организма выделяется образующийся в нём углекислый газ и незначительное количество др. газообразных продуктов метаболизма. Газообмен необходим почти для всех организмов, без него невозможен нормальный обмен веществ и энергии, а, следовательно, и сама жизнь.

Механизм газообмена в легких − весьма интересный процесс. Сами по себе легкие не растянутся и не сожмутся без работы мышц. В легочном дыхании участвуют межреберные мышцы и диафрагма (специальная плоская мышца на границе грудной и брюшной полостей). Когда сокращается диафрагма, в легких понижается давление, и воздух, естественно, устремляется в орган. Выдох происходит пассивно: эластичные легкие сами выталкивают воздух наружу. Хотя иногда мышцы могут сокращаться и при выдохе. Так происходит при активном дыхании.

Весь процесс находится под контролем головного мозга. В продолговатом мозге есть специальный центр регуляции дыхания. Реагирует он на наличие углекислого газа в крови. Как только его становится меньше, центр по нервным путям посылает сигнал диафрагме. Происходит процесс ее сокращения, и наступает вдох. При повреждении дыхательного центра больному вентилируют легкие искусственным путем.

Главная задача легких не просто перегонять воздух, а осуществлять процесс газообмена. В легких меняется состав вдыхаемого воздуха. И здесь основная роль принадлежит кровеносной системе. Что же представляет собой кровеносная система нашего организма? Ее можно представить большой рекой с притоками из маленьких речушек, в которые впадают ручейки. Вот такими ручейками-капиллярами пронизаны все альвеолы.

Кислород, поступивший в альвеолы, проникает в стенки капилляров. Это происходит потому, что в крови и воздухе, содержащимся в альвеолах, давление разное. Венозная кровь имеет меньшее давление, чем воздух альвеол. Поэтому кислород из альвеол устремляется в капилляры. Давление же углекислого газа меньше в альвеолах, чем в крови. По этой причине из венозной крови углекислый газ направляется в просвет альвеол.

В крови имеются специальные клетки – эритроциты, содержащие белок гемоглобин. Кислород присоединяется к гемоглобину и путешествует в таком виде по организму. Кровь, обогащенная кислородом, называется артериальной.

Дальше кровь переносится к сердцу. Сердце − еще один наш неутомимый труженик − перегоняет кровь, обогащенную кислородом, к клеткам тканей. И далее по «реченькам-ручейкам» кровь вместе с кислородом доставляется ко всем клеткам организма. В клетках она отдает кислород, забирает углекислый газ – продукт жизнедеятельности. И начинается обратный процесс: тканевые капилляры – вены – сердце – легкие. В легких обогащенная углекислым газом кровь (венозная) поступает опять в альвеолы и вместе с остатками воздуха выталкивается наружу. Углекислый газ, также как и кислород, переносится с помощью гемоглобина.

Итак, в альвеолах происходит двойной газообмен. Весь этот процесс осуществляется молниеносно, благодаря большой площади поверхности альвеол.

Физиология как наука. Связь физиологии с другими науками. Методы исследования.

(смотри конспект)

физиология как наука неразрывно связана с другими дисциплинами. Она базируется на знаниях физики, биофизики и биомеханики, химии и биохимии, общей биологии, генетики, гистологии, кибернетики, анатомии. В свою очередь, физиология является основой медицины, психологии, педагогики, социологии, теории и методики физического воспитания. В процессе развития физиологической науки из общей физиологии выделились различные ее частные разделы физиология труда, физиология спорта, авиакосмическая физиология, физиология подводного труда, возрастная физиология, психофизиология и др.

Под надежностью системы понимают ее способность выполнять определенные функции с заданными характеристиками в определенных условиях в течение требуемого периода времени. Высокая надежность биосистем является эволюционно сформированным неотъемлимым их свойством. Оно обеспечивает эффективное функционирование организма в условиях постоянного действия большого числа случайных факторов. И хотя очевидно, что биологические системы "построены" из малонадежных элементов, их высокая надежность достигается за счет реализации общих принципов функционирования сложных систем. К этим принципам относятся резервирование элементов системы (их повторяемость) и механизмы ремонта разрушающихся элементов.[ ...]

Согласно концепции надежности, элементы системы могут находиться в двух состояниях: активном (рабочем) и неактивном (отказ). Под отказом элемента системы понимают выход его характеристик за допустимые пределы или полное прекращение функционирования. Отказом биообъекта считают его смерть.[ ...]

Подробный анализ механизмов обеспечения надежности клетки на уровне генома и множественных негенетических структур проведен в монографии Д.М.Гродзинского (1983). Мы остановимся только на некоторых общих положениях проблемы.[ ...]

Сохранение живой системы при постоянных внешних и внутренних "помехах" возможно только при высокой надежности хранения и передачи наследственной информации в поколениях и от генома к негенетическим структурам клетки. Утверждают даже (Патти, 1970), что различия между живой и неживой природой заключаются не в уникальном строении макромолекул, матричной репликации или регуляции метаболизма, а в высокой надежности молекулярных кодов, т.е. связи между генотипом и фенотипом.[ ...]

Отказы в генетической системе имеют для клетки драматические последствия: сильное нарушение функции, появление мутаций или гибель. Поддержанию надежности генетического аппарата способствует резервирование его элементов: двухсшральность ДНК, многоядер-ность, увеличение плоидности (количества генов в одном ядре). Однако возрастание устойчивости не пропорционально количеству ДНК и важную роль играет структурно-функциональная организация хромосом.[ ...]

Подсчитано, что в геноме животной клетки в течение суток образуется Ю5 спонтанных повреждений ДНК (Виленчик, 1980). У растения эта величина должна быть больше, так как оно имеет меньше возможностей избегать внешних воздействий. Нарушения в геноме устраняются при помощи различных типов репарационных механизмов. Они изучены преимущественно на микробных и животных клетках, подвергнутых действию УФ и ионизирующей радиации. Процессы восстановления поврежденной ДНК обнаружены и у растительных клеток.[ ...]

Принципы разных способов защиты генома клетки далеко не всегда очевидны. На примере развития радиобиологии можно проследить, как первоначальный интерес к резервированию уникальных структур (размер и число мишеней) в последующие годы уступил место изучению механизмов ремонта поврежденных структур.[ ...]

Для нормальной работы генома клетки важно надежное функционирование массовых структур, строгая внутриклеточная структурнофункциональная организация метаболизма. Повреждение мембран клетки ведет к ингибированию репарационных систем ДНК (Поливода и др., 1990). Значительные нарушения различных макромолекул не совместимы с сохранением жизнеспособности клетки.[ ...]

Для организации метаболизма клетки характерно глубокое резервирование. В клетке существуют запасы (фонды) продуктов метаболизма и интермедиатов: аминокислоты, простые и сложные сахара, нуклеотиды, липиды, АТФ, ионы и др. Резерв метаболитов поддерживается в некоторое определенных пределах, так как клетка не должна перегружаться ими. Объемы фондов это динамическая величина, поскольку они постоянно обновляются с характерными скоростями.[ ...]

Фонды метаболитов не равномерно распределены по клетке, а разделены мембранами и локализованы в отдельных отсеках (камерах, компартментах). Компартменты метаболических фондов клетки связаны между собой транспортными потоками. В соответствии с избирательной проницаемостью мембран происходит пространственное перераспределение интермедиатов и продуктов обмена. Например, в клетке запас АТФ поддерживается за счет "горизонтальных" связей процессов фотосинтетического и окислительного фосфоршшрования.