Гуморальная нервная система. Нервная и гуморальная регуляция, рефлекс
Нервная регуляция осуществляется головным и спинным мозгом через нервы, которыми снабжены все органы нашего тела. На организм постоянно воздействуют те или иные раздражения. На все эти раздражения организм отвечает определенной деятельностью или, как принято говорить, происходит приспособление функции организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды. Так, понижение температуры воздуха сопровождается не только сужением кровеносных сосудов, но и усилением обмена веществ в клетках и тканях и, следовательно, повышением теплообразования.
Благодаря этому устанавливайся определенное равновесие между теплоотдачей и теплообразованием, не происходит переохлаждение организма, сохраняется постоянство температуры тела. Раздражение пищей вкусовых рецепторов рта вызывает отделение слюны и других пищеварительных соков, под воздействием которых происходит переваривание пищи. Благодаря этому в клетки и ткани поступают необходимые вещества, и устанавливается определенное равновесие между диссимиляцией и ассимиляцией. По такому принципу происходит регуляция и других функции организма.
Нервная регуляция носит рефлекторный характер. Раздражения воспринимаются рецепторами. Возникающее возбуждение из рецепторов по афферентным (чувствительным) нервам передается в центральную нервную систему, а оттуда по эфферентным (двигательным) нервам - в органы, которые осуществляют определенную деятельность. Такие ответные реакции организма на раздражения, осуществляемые через центральную нервную систему, называют рефлексами. Путь же, по которому возбуждение передается при рефлексе, носит название рефлекторной дуги.
Рефлексы имеют разнообразный характер. И.П. Павлов разделил все рефлексы на безусловные и условные. Безусловные рефлексы - это рефлексы врожденные, передающиеся по наследству. Примером таких рефлексов являются сосудодвигательные рефлексы (сужение или расширение сосудов в ответ на раздражение кожи холодом или теплом), рефлекс слюноотделения (выделение слюны при раздражении вкусовых сосочков пищей) и многие другие.
Гуморальная регуляция (Humor - жидкость) осуществляется через кровь и другие составляющие внутреннюю среду организма различные химические вещества. Примерами таких веществ являются гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, и витамины, поступающие в организм с пищей. Химические вещества разносятся кровью по всему организму и оказывают воздействие на различные функции, в частности на обмен веществ в клетках и тканях. При этом каждое вещество влияет на определенный процесс, происходящий в том или ином органе.
Например, в предстартовом состоянии, когда ожидается интенсивная физическая нагрузка, железы внутренней секреции (надпочечники) выделяют в кровь специальный гормон-адреналин, который способствует усилению деятельности сердечно-сосудистой системы.
Нервная система осуществляет регуляцию деятельности организма посредством биоэлектрических импульсов. Основными нервными процессами являются возбуждение и торможение, возникающие в нервных клетках. Возбуждение - деятельное состояние нервных клеток, когда они передают или направляют сами нервные импульсы другим клеткам: нервным, мышечным, железистым и другим. Торможение - состояние нервных клеток, когда их активность направлена на восстановление. Сон, например, является состоянием нервной системы, когда подавляющее число нервных клеток ЦНС заторможено.
Нервный и гуморальный механизмы регуляции функций взаимосвязаны. Так, нервная система оказывает регулирующее влияние на органы не только непосредственно через нервы, но также и через железы внутренней секреции, изменяя интенсивность образования гормонов в этих органах и поступление их в кровь. В свою очередь многие гормоны и другие вещества влияют на нервную систему.
Взаимосогласованность нервной и гуморальной реакции обеспечивается центральной нервной системой.
В живом организме нервная и гуморальная регуляция различных функций осуществляется по принципу саморегуляции, т.е. автоматически. По этому принципу регуляции поддерживается на определенном уровне кровяное давление, постоянство состава и физико-химических свойств крови, лимфы и тканевой жидкости, температуры тела, в строго согласованном порядке изменяется обмен веществ, деятельность сердца, дыхательной и других систем и органов.
Благодаря этому поддерживаются определенные сравнительно постоянные условия, в которых протекает деятельность клеток и тканей организма, или другими словами, сохраняется постоянство внутренней среды.
Таким образом, организм человека - это единая, целостная, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся биологическая система, обладающая определенными резервными возможностями. При этом нужно знать, что способность к выполнению физической и умственной работы может возрастать многократно, фактически не имея ограничений в своем развитии.
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2
слайд
Описание слайда:
РЕГУЛЯЦИЯ – от лат. Regulo – направляю, упорядочиваю) координирующее влияние на клетки, ткани и органы, приводящее их деятельность в соответствие с потребностями организма и изменениями окружающей среды. Как происходит регуляция в организме?
3
слайд
Описание слайда:
4
слайд
Описание слайда:
Нервный и гуморальный способы регуляции функций тесно связаны между собой. На деятельность нервной системы постоянно оказывают влияние приносимые с током крови химические вещества, а образование большинства химических веществ и выделение их в кровь находится под постоянным контролем нервной системы. Регуляция физиологических функций в организме не может осуществляться с помощью только нервной или только гуморальной регуляции - это единый комплекс нейрогуморальной регуляции функций.
5
слайд
Описание слайда:
Нервная регуляция - это координирующее влияние нервной системы на клетки, ткани и органы, один из основных механизмов саморегуляции функций целостного организма. Нервная регуляция осуществляется с помощью нервных импульсов. Нервная регуляция является быстрой и локальной, что особенно важно при регуляции движений, и затрагивает все(!) системы организма.
6
слайд
Описание слайда:
В основе нервной регуляции лежит рефлекторный принцип. Рефлекс является универсальной формой взаимодействия организма с окружающей средой, это ответная реакция организма на раздражение, которая осуществляется через центральную нервную систему и контролируется ею.
7
слайд
Описание слайда:
Структурно-функциональной основой рефлекса является рефлекторная дуга - последовательно соединенная цепочка нервных клеток, обеспечивающая осуществление ответа на раздражение. Все рефлексы осуществляются благодаря деятельности центральной нервной системы - головного и спинного мозга.
8
слайд
Описание слайда:
Гуморальная регуляция Гуморальная регуляция - это координация физиологических и биохимических процессов, осуществляемая через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость) с помощью биологически активных веществ (гормонов), выделяемых клетками, органами и тканями в процессе их жизнедеятельности.
9
слайд
Описание слайда:
Гуморальная регуляция возникла в процессе эволюции раньше, чем нервная. Она усложнялась в процессе эволюции, в результате чего возникла эндокринная система (железы внутренней секреции). Гуморальная регуляция подчинена нервной регуляции и составляет совместно с ней единую систему нейрогуморальной регуляции функций организма, которая играет важную роль в поддержании относительного постоянства состава и свойств внутренней среды организма (гомеостаза) и его приспособлении к меняющимся условиям существования.
10
слайд
Описание слайда:
Иммунная регуляция Иммунитет - это физиологическая функция, которая обеспечивает устойчивость организма к действию чужеродных антигенов. Иммунитет человека делает его невосприимчивым ко многим бактериям, вирусам, грибкам, глистам, простейшим, различным ядам животных, обеспечивает защиту организма от раковых клеток. Задачей иммунной системы является распознавать и разрушать все чужеродные структуры. Иммунная система является регулятором гомеостаза. Эта функция осуществляется за счет выработки аутоантител, которые, например, могут связывать избыток гормонов.
11
слайд
Описание слайда:
Иммунологическая реакция, с одной стороны, является неотъемлемой частью гуморальной, так как большинство физиологических и биохимических процессов осуществляется при непосредственном участии гуморальных посредников. Однако нередко иммунологическая реакция носит прицельный характер и тем самым напоминает нервную регуляцию. Интенсивность иммунного ответа, в свою очередь, регулируется нейрофильным способом. Работа иммунной системы корректируется мозгом и через эндокринную систему. Такая нервная и гуморальная регуляция осуществляется с помощью нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов. Промедиаторы и нейропептиды достигают органов иммунной системы по аксонам нервов, а гормоны выделяются эндокринными железами неродственно в кровь и таким образом доставляются к органам иммунной системы. Фагоцит (клетка иммунитета), уничтожает бактериальные клетки
Нервная регуляция осуществляется нервной системой, головным и спинным мозгом через нервы, которыми снабжены все органы нашего тела. На организм постоянно воздействуют те или иные раздражения. На все эти раздражения организм отвечает определенной деятельностью или как принято творить, происходит приспособление функции организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды. Так, понижение температуры воздуха сопровождается не только сужением кровеносных сосудов, но и усилением обмена веществ в клетках и тканях и следовательно, повышением теплообразования. Благодаря этому устанавливается определенное равновесие между теплоотдачей теплообразованием, не происходит переохлаждение организма, сохраняется постоянство температуры тела. Раздражение пищей вкусовых рецепторов полос га рта вызывает отделение слюны и других пищеварительных соков. под воздействием которых происходит переваривание пищи. Благодаря этому в клетки и ткани поступают необходимые вещества, и устанавливается определенное равновесие между диссимиляцией и ассимиляцией. По такому принципу происходит регуляция и других функции организма.
Нервная регуляция носит рефлекторный характер. Различные раздражения воспринимаются рецепторами. Возникающее возбуждение из рецепторов по чувствительным нервам передается в центральную нервную, систему, а оттуда по двигательным нервам - в органы, которые осуществляют определенную деятельность. Такие ответные реакции организма на раздражения, осуществляемые через центральную нервную систему. называют рефлексами. Путь же, по которому возбуждение передается при рефлексе, носит название рефлекторной дуги. Рефлексы имеют разнообразный характер. И.П. Павлов разделил все рефлексы на безусловные и условные. Безусловные рефлексы - это рефлексы врожденные, передающиеся по наследству. Примером таких рефлексов являются сосудодвигательные рефлексы (сужение или расширение сосудов в ответ на раздражение кожи холодом или теплом), рефлекс слюноотделения (выделение слюны при раздражении вкусовых сосочков пищей) и многие другие.
Условные рефлексы - рефлексы приобретенные, они вырабатываются на протяжении жизни животного или человека. Эти рефлексы возникают
только при определенных условиях и могут исчезать. Примером условных рефлексов является отделение слюны при виде нищи, при ощущении запахов пищи, а у человека даже при разговоре о ней.
Гуморальная регуляция (Humor - жидкость) осуществляется через кровь и другие жидкое и, составляющие внутреннюю среду организма, различными химическими веществами, которые вырабатываются в самом организме или поступают из внешней среды. Примерами таких веществ являются гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, и витамины, поступающие в организм с пищей. Химические вещества разносятся кровью но всему организму и оказывают воздействие на различные функции, в частности на обмен веществ в клетках и тканях. При этом каждое вещество влияет на определенный процесс, происходящий и том или ином органе.
Нервный и гуморальный механизмы регуляции функций взаимосвязаны. Так, нервная система оказывает регулирующее влияние на органы не только непосредственно через нервы, но также и через железы внутренней секреции, изменяя интенсивность образования гормонов в этих Органах и поступление их в кровь.
В свою очередь многие гормоны и другие вещества влияют на нервную систему.
В живом организме нервная и гуморальная регуляция различных функций осуществляется по принципу саморегуляции, т.е. автоматически. По этому принципу регуляции поддерживается па определенном уровне кровяное давление, постоянство состава и физико-химических свойств крови, температура тела. в строго согласованном порядке изменяется обмен веществ, деятельность сердца, дыхательной и других систем органов во время физической работы и т.д.
Благодаря этому поддерживаются определенные сравнительно постоянные условия, в которых протекает деятельность клеток и тканей организма или другими словами, сохраняется постоянство внутренней среды.
Следует отметить, что у человека ведущую роль в регуляции жизнедеятельности организма играет нервная система.
Таким образом, организм человека это единая, целостная, сложно устроенная, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся биологическая система, обладающая определенными резервными возможностями. При этом
знать, что способность к выполнению физической работы может возрастать многократно, но до определенного придела. Тогда как умственная деятельность фактически не имеет ограничений в своем развитии.
Систематическая мышечная деятельность позволяет путем совершенствования физиологических функций мобилизовать резервы организма, о существовании которых многие даже не догадываются. Следует отметить существование обратного процесса падение функциональных возможностей организма и ускоренное старение при снижении физической активности.
В ходе физических упражнений совершенствуется высшая нервная деятельность, функции центральной нервной системы. нервно-мышечной. сердечно-сосудистой, дыхательной, выделительной и других систем, обмен веществ и энергии, а также система их нейрогуморального регулирования.
Человеческий организм, используя свойства саморегулирования внутренних процессов под внешним воздействием, реализует важнейшее свойство - адаптацию к изменяющимся внешним условиям, что является определяющим фактором в способности развития физических качеств и двигательных навыков в процессе тренировок.
Рассмотрим более подробно характер физиологических изменении в процессе тренировок.
Физическая нагрузка приводит к многообразным изменениям обмена веществ, характер которых зависит от длительности, мощности работы и количества участвующих мышц. При физической нагрузке преобладают катаболические процессы, мобилизация и использование энергетических субстратов, происходит накопление промежуточных продуктов обмена. Период отдыха характеризуется преобладанием анаболических процессов, накоплением резерва питательных веществ, усиленным синтезом белков.
Скорость восстановления находится в зависимости от величины возникающих во время работы изменении, то есть от величины нагрузки.
В период отдыха ликвидируются возникшие во время мышечной деятельности изменения обмена веществ. Если при физической нагрузке преобладают катаболические процессы, мобилизация и использование энергетических субстратов, происходит накопление промежуточных продуктов обмена, то период отдыха характеризуются преобладанием анаболических процессов, накоплением резерва питательных веществ, усиленным синтезом белков.
В после рабочий период возрастает интенсивность аэробного окисления, повышено потребление кислорода, т.е. ликвидируется кислородный долг. Субстратом окисления служат промежуточные продукты обмена, образовавшиеся в процессе мышечной деятельности, молочная кислота, кетоновые тела, кетокислоты. Запасы углеводов при физической работе, как правило, существенно снижаются, поэтому основным субстратом окисления становятся жирные кислоты. Благодаря усиленному использованию липидов в восстановительный период снижается дыхательный коэффициент.
Восстановительный период характеризуется усиленным биосинтезом белков, который угнетается во время физической работы, увеличивается также образование и выведение из организма конечных продуктов белкового обмена (мочевина и др.).
Скорость восстановления находится в зависимости от величины возникающих во время работы изменений, т.е. от величины нагрузки, что схематически представлено на рис. 1
Рис.1 Схема процессов расходования и восстановления источников
энергии при мышечной деятельности ратной интенсивности
Восстановление изменений, возникающих под влиянием нагрузок малой и средней интенсивности, идет медленнее, чем после нагрузок повышенной и предельной интенсивности, что объясняется более глубокими изменениями в период работы. После повышенных по интенсивности нагрузок наблюдаемый показатель обмена, веществ не только достигает исходного уровня, но и превышает его. Такое повышение выше исходного уровня получило название сверхвосстановления (суперкомпенсации) . Оно регистрируется только тогда, когда нагрузка, превышает по величине определенный уровень, т.е. тогда, когда возникающие изменения обмена оказывают влияние на генетический аппарат клетки. Выраженность сверхвостановления и его длительность находятся в прямой зависимости от интенсивности нагрузки.
Явление сверхвоееттиювления является важным: механизмом приспособления (органа) к изменившимся условиям функционирования и имеет важное значение для понимания биохимических основ спортивной тренировки. Следует отметить, что как общебиологическая закономерность, распространяется не только на накопление энергетического материала, но и на синтез белков, что, в частности, проявляется в виде рабочей гипертрофии скелетных мышц, сердечной мышщы. После интенсивной нагрузки усиливается синтез ряда ферментов (индукция ферментов) возрастает концентрация креатинфосфата, миоглобина, происходит ряд других изменений.
Установлено, что активная мышечная деятельность вызывает усиление деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма. При любой деятельности человека все органы и системы организма действуют согласованно, в тесном единстве. Эта взаимосвязь осуществляется с помощью нервной системы и гуморальной (жидкостной) регуляции.
Нервная система осуществляет регуляцию деятельности организма посредством биоэлектрических импульсов. Основными нервными процессами являются возбуждение и торможение, возникающие в нервных клетках. Возбуждение - деятельное состояние нервных клеток, когда они передают ил» направляют сами нервные импульсы другим клеткам: нервным, мышечным, железистым и другим. Торможение - состояние нервных клеток, когда их активность направлена на восстановление., Сон, например, является состоянием нервной системы, когда подавляющее число нервных клеток ЦНС заторможено.
Гуморальная регуляция производится через кровь посредством особых химических веществ (гормонов), выделяемых железами внутренней секреции, соотношением концентрации СО2 и О2 с помощью других механизмов. Например, в предстартовом состоянии, когда ожидается интенсивная физическая нагрузка, железы внутренней секреции (надпочечники) выделяют в кровь специальный гормон-адреналин, который способствует усилению деятельности сердечно-сосудистой системы.
Гуморальная и нервная регуляция осуществляются в единстве. Главенствующая роль отводится ЦНС, головному мозгу, являющемуся как бы центральным штабом управления жизнедеятельностью организма.
У простейших одноклеточных животных одна единственная клетка осуществляет разнообразные функции. Усложнение же деятельности организма в процессе эволюции привело к разделению функций различных клеток - их специализации. Для управления такими сложными многоклеточными системами уже было недостаточно древнего способа-переноса регулирующих жизнедеятельность веществ жидкими средами организма.
Регуляция различных функций у высокоорганизованных животных и человека осуществляется двумя путями: гуморальным (лат. гумор -жидкость) - через кровь, лимфу и тканевую жидкость и нервны м.
Возможности гуморальной регуляции функций ограничены тем, что она действует сравнительно медленно и не может обеспечить срочных ответов организма (быстрых движений, мгновенной реакции на экстренные раздражители). Кроме того, гуморальным путем происходит широкое вовлечение различных органов и тканей в реакцию (по принципу «Всем, всем, всем!»). В отличие от этого, с помощью нервной системы возможно быстрое и точное управление различными отделами целостного организма, доставка сообщений точному адресату. Оба эти механизма тесно связаны, однако ведущую роль в регуляции функций играет нервная система.
В регуляции функционального состояния органов и тканей принимают участие особые вещества - нейропептиды, выделяемые
железой внутренней секреции гипофизом и нервными клетками спинного и головного мозга. В настоящее время известно около сотни подобных веществ, которые являются осколками белков и, не вызывая сами возбуждения клеток, могут заметно изменять их функциональное состояние. Они влияют на сон, процессы обучения и памяти, на мышечный тонус (в частности, на позную асимметрию), вызывают обездвижение или обширные судороги мышц, обладают обезболивающим и наркотическим эффектом. Оказалось, что концентрация нейропептидов в плазме крови у спортсменов может превышать средний уровень у нетренированных лиц в 6-8 раз, повышая эффективность соревновательной деятельности. В условиях чрезмерных тренировочных занятий происходит истощение нейропептидов и срыв адаптации спортсмена к физическим нагрузкам.
РЕФЛЕКТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
В деятельности нервной системы основным является рефлекторный механизм. Рефлекс - это ответная реакция организма на внешнее раздражение, осуществляемая с участием нервной системы.
Нервный путь рефлекса называется рефлекторной дугой. В состав рефлекторной дуги входят: 1) воспринимающее образование - рецептор, 2) чувствительный или афферентный нейрон, связывающий рецепторе нервными центрами, 3) промежуточные (или вставочные) нейроны нервных центров, 4) эфферентный нейрон, связывающий нервные центры с периферией, 5) рабочий орган, отвечающий на раздражение - мышца или железа.
Наиболее простые рефлекторные дуги включают всего две нервные клетки, однако множество рефлекторных дуг в организме состоят из значительного количества разнообразных нейронов, расположенных в различных отделах центральной нервной системы. Выполняя ответные реакции, нервные центры посылают команды к рабочему органу (например, скелетной мышце) через эфферентные пути, которые выполняют роль так называемых к а н а л о в прямой связи. В свою очередь, в ходе осуществления рефлекторного ответа или после него рецепторы, находящиеся в рабочем органе, и другие рецепторы тела посылают в центральную нервную систему информацию о результате действия. Афферентные пути этих сообщений - каналы обратной связи. Полученная информация используется нервными центрами для управления дальнейшими действиями, т. е. прекращением рефлекторной реакции, ее продолжением или изменением. Следовательно, основу
целостной рефлекторной деятельности составляет не отдельная рефлекторная дуга, а замкнутое рефлекторное кольцо, образованное прямыми и обратными связями нервных центров с периферией.
ГОМЕОСТАЗ
Внутренняя среда организма, в которой живут все его клетки, - это кровь, лимфа, межтканевая жидкость. Ее характеризует относительное постоянство - гомеостаз различных показателей, так как любые ее изменения приводят к нарушению функций клеток и тканей организма, особенно высокоспециализированных клеток центральной нервной системы. К таким постоянным показателям гомеостаза относятся температура внутренних отделов тела, сохраняемая в пределах 36-37° С, кислотно-основное равновесие крови, характеризуемое величиной рН = 7.4-7.35, осмотическое давление крови (7.6-7.8 атм.), концентрация гемоглобина в крови - 130-160 г. ּлֿ¹ и др.
Гомеостаз представляет собой не статическое явление, а динамическое равновесие. Способность сохранять гомеостаз в условиях постоянного обмена веществ и значительных колебаний факторов внешней среды обеспечивается комплексом регуляторных функций организма. Эти регуляторные процессы поддержания динамического равновесия получили название гомеокинеза.
Степень сдвига показателей гомеостаза при существенных колебаниях условий внешней среды или при тяжелой работе у большинства людей очень невелика. Например, длительное изменение рН крови всего на 0.1 -0.2 может привести к смертельному исходу. Однако, в общей популяции имеются отдельные индивиды, обладающие способностью переносить гораздо большие сдвиги показателей внутренней среды. У высококвалифицированных спортсменов-бегунов в результате большого поступления молочной кислоты из скелетных мышц в кровь во время бега на средние и длинные дистанции рН крови может снижаться до величин 7.0 и даже 6.9. Лишь несколько человек в мире оказались способными подняться на высоту порядка 8800 м над уровнем моря (на вершину Эвереста) без кислородного прибора, т. е. существовать и двигаться в условиях крайнего недостатка кислорода в воздухе и, соответственно, в тканях организма. Эта способность определяется врожденными особенностями человека - так называемой его генетической нормой реакции, которая даже для достаточно постоянных функциональных показателей организма имеет широкие индивидуальные различия.
2.5. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ЕГО ПРОВЕДЕНИЕ 2.5.1. МЕМБРАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
Мембрана клетки состоит из двойного слоя молекул липидов, повернутых «головками» наружу, а «хвостами» друг к другу. Между ними свободно плавают глыбы белковых молекул. Некоторые из них пронизывают мембрану насквозь. В части таких белков имеются, особые поры или ионные каналы, через которые могут проходить ионы, участвующие в образовании мембранных потенциалов (рис. I -А).
В возникновении и поддержании мембранного потенциала покоя основную роль играют два специальных белка. Один из них выполняет роль особогонатрий- калиевого насоса, который за счет энергии АТФ активно перекачивает натрий из клетки наружу, а калий внутрь клетки. В результате концентрация ионов калия становится внутри клетки выше, чем в омывающей клетку жидкости, а ионов натрия - выше снаружи.
Рис. 1. Мембрана возбудимых клеток в покое (А) и при возбуждении (Б).
(По: Б.Альберте и др., 1986)
а - двойной слой липидов, б - белки мембраны.
На А: каналы «утечки калия» (1), «натрий-калиевый насос» (2)
и закрытый в покое натриевый канал (3).
На Б: открытый при возбуждении натриевый канал (1), вхождение ионов натрия в клетку и смена зарядов на наружной и внутренней стороне
мембраны.
Второй белок служит каналом утечки калия, через который ионы калия в силу диффузии стремятся выйти из клетки, где они содержатся в избытке. Ионы калия, выходя из клетки, создают положительный заряд на наружной поверхности мембраны. В результате внутренняя поверхность мембраны оказывается заряженной отрицательно по отношению к наружной. Таким образом, мембрана в состоянии покоя поляризована, т. е. имеется определенная разность потенциалов по обе стороны мембраны, называемая потенциалом покоя. Она равна для нейрона примерно минус 70 м В, для мышечного волокна - минус 90 мВ. Измеряют мембранный потенциал покоя, вводя тонкий кончик микроэлектрода внутрь клетки, а второй электрод помещая в окружающую жидкость. В момент прокола мембраны и вхождения микроэлектрода внутрь клетки на экране осциллографа наблюдают смещение луча, пропорциональное величине потенциала покоя.
В основе возбуждения нервных и мышечных клеток лежит повышение проницаемости мембраны для ионов натрия - открывание натриевых каналов. Внешнее раздражение вызывает перемещение заряженных частиц внутри мембраны и уменьшение исходной разности потенциалов по обе стороны или деполяризацию мембраны. Небольшие величины деполяризации приводят к открыванию части натриевых каналов и незначительному проникновению натрия внутрь клетки. Эти реакции являются подпороговыми и вызывают л и ш ь местные (локальные) изменения.
При увеличении раздражения изменения мембранного потенциала достигают порога возбудимости или критического уровня деполяризации - около 20 мВ, при этом величина потенциала покоя снижается примерно до минус 50 мВ. В результате открывается значительная часть натриевых каналов. Происходит лавинообразное вхождение ионов натрия внутрь клетки, вызывающее резкое изменение мембранного потенциала, которое регистрируется в виде потенциала действия. Внутренняя сторона мембраны в месте возбуждения оказывается заряженной положительно, а внешняя - отрицательно (рис. 1 -Б).
Весь этот процесс чрезвычайно кратковременный. Он занимает всего около
1-2 мс, после чего ворота натриевых каналов закрываются. К этому моменту достигает большой величины медленно нараставшая при возбуждении проницаемость для ионов калия. Выходящие из клетки ионы калия вызывают быстрое снижение потенциала действия. Однако окончательное восстановление исходного заряда продолжается еще некоторое время. В связи с этим в потенциале действия различают кратковременную высоковольтную часть - пик (или с п а й к) и длительные малые колебания - следовые потенциалы. Потенциалы действия мотонейронов имеют амплитуду пика около
100 мВ и длительность около 1.5 мс, в скелетных мышцах - амплитуда потенциала действия 120-130 мВ, адлительность2-3 мс.
В процессе восстановления после потенциалайействия работа натрий-калиевого насоса обеспечивает «откачку» излишних ионов натрия наружу и «накачивание» потерянных ионов калия внутрь, т. е. возвращение к исходной асимметрии их концентрации по обе стороны мембраны. На работу этого механизма тратится около 70% всей необходимой клетке энергии.
Возникновение возбуждения (потенциаладействия) возможно лишь при сохранении достаточного количества ионов натрия в окружающей клетку среде. Большие потери натрия организмом (например, с потом при длительной мышечной работе в условиях высокой температуры воздуха) могут нарушить нормальную деятельность нервных и мышечных клеток, снизив работоспособность человека. В условиях кислородного голодания тканей (например, при наличии большого кислородного долга во время мышечной работы) процесс возбуждения также нарушается из-за поражения (инактивации) механизма вхождения в клетку ионов натрия, и клетка становится невозбудимой. На процесс инактивации натриевого механизма влияет концентрация ионов Са в крови. При повышении содержания Са снижается клеточная возбудимость, а при дефиците Са возбудимость повышается, и появляются непроизвольные мышечные судороги.
Человеческий организм находится в постоянном взаимодействии с окружающей средой. В таком же взаимодействии находятся и процессы внутри него. Регуляция всех процессов в организме, функционирование клеток, тканей и органов контролируется нервным и гуморальным механизмами регуляции.
Зачем человеку нужны эти механизмы?
Прежде чем разобраться, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции между собой, необходимо понять, а зачем они вообще нужны человеку. Неужели организм не может справиться без них?
Человек находится в постоянном взаимодействии с меняющимися факторами окружающей среды. И для нормальной жизнедеятельности ему необходимо приспосабливаться к ним. Например, при снижении температуры воздуха сосуды на периферии сужаются, чтобы уменьшить отдачу тепла через кожу. Вследствие этого предотвращается переохлаждение организма, устанавливается равновесие между продукцией и отдачей тепла.
Или, например, при употреблении пищи и раздражении вкусовых рецепторов на языке повышается слюноотделение и вырабатывается желудочный сок. Благодаря этому возможно переваривание пищи, что в свою очередь необходимо для обеспечения внутренних органов питательными веществами. И по такому же принципу регулируется функция всех внутренних органов. Поэтому нервная и гуморальная регуляции крайне важны для человеческого организма.
Особенности нервной регуляции
Чтобы понять, как нервная и гуморальная регуляция взаимодействуют между собой, нужно знать основные особенности каждой из них.
Нервная регуляция осуществляется за счет органов нервной системы: головного и спинного мозга, периферических нервов. Этот механизм осуществляется рефлекторно:
- Происходит раздражение окончания длинного отростка (аксона) нервной клетки - рецептора.
- Далее возбуждение по чувствительному аксону идет в центральную нервную систему (головной или спинной мозг).
- После обработки импульс доходит по двигательному нервному волокну до рабочего органа, который осуществляет свою функцию.
Этот механизм называется рефлексом, а цепь, по которой проходит импульс, - рефлекторной дугой. Осуществление рефлекторной деятельности не контролируется сознанием. Все рефлексы можно разделить на безусловные, или врожденные, и условные, то есть выработанные в течение жизни.
Особенности гуморальной регуляции
Вы правильно охарактеризуете действие нервной и гуморальной регуляции, зная особенности последней.
Гуморальная регуляция осуществляется посредством жидких сред организма (крови, спинномозговой жидкости, лимфы и прочее) при помощи специальных химических веществ. Эти вещества могут как поступать из внешней среды (витамины), так и вырабатываться в самом организме (гормоны). Характерно то, что каждый гормон регулирует строго отведенный для него процесс и взаимодействует только с конкретным типом рецепторов. Органы, функцию которых регулирует гормон, называют "органами-мишенями".
Основные отличия двух механизмов регуляции
Но более полно вы охарактеризуете действие нервной и гуморальной регуляции, только выделив ряд отличий между этими двумя механизмами:
- Во-первых, нервная система распространяет свой импульс по конкретным нервам к определенному органу. Именно на функционирование этого органа она и оказывает влияние. В то время как действие гуморальной регуляции генерализовано, гормоны разносятся по всему организму.
- Во-вторых, регуляция через нервную систему включается в работу быстрее, чем через гормоны, но гормональная, в свою очередь, действует дольше.
Кроме того, есть отличия и в диагностике состояния этих механизмов. В некоторых ситуациях, чтобы понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, проводится диагностика функционирования каждой из этих систем. Характерно то, что диагностика состояния нервной регуляции, осуществляемая при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ), чаще распространена, чем анализ крови для определения уровня гормонов.
Это связано с тем, что ЭЭГ абсолютно безопасна и безболезненна, и эмоции пациента не влияют на результат. А вот при анализе крови у многих пациентов появляется страх перед уколом, что вызывает повышение концентрации в крови гормонов стресса и в итоге искажает результат.
Нервная и гуморальная регуляция: таблица
Рассмотрим наглядно основные отличия.
| Нервная регуляция | Гуморальная регуляция |
| Регулирует функцию органов посредством центральной нервной системы | Регулирует функцию органов посредством гормонов, витаминов, концентрации кислорода и углекислого газа и других химических веществ |
| Быстро реагирует на изменения внешней среды | Медленно реагирует на изменения внешней среды |
| Ее действие быстро проходит | Действует долго |
| Сигнал передается через нервный импульс | Сигнал передается через гормон |
| Характерна как химическая передача сигнала (через синапсы, то есть соединения между нейронами), так и электрическая (по нервным волокнам) | Только химическая передача сигнала (через жидкости организма) |
| Как правило, ответ четко адресован в конкретный орган | Характерен генерализованный ответ (через весь организм) |
| Нервный сигнал распространяется через рефлекторную дугу | Гормон распространяется через кровь |
В этой таблице поданы основные отличия при сравнении нервной и гуморальной регуляции, что должно упростить понимание этих двух процессов.
Пример взаимодействия
Несмотря на большой спектр различий между двумя описанными механизмами, они не работают изолированно друг от друга. Нервный механизм постоянно оказывает влияние на гуморальный, и наоборот. Чтобы лучше понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, приведем пример.
В головном мозге есть две структуры: гипоталамус и гипофиз. Каждая из них состоит из нервных клеток и при этом вырабатывает ряд гормонов. Между гипоталамусом и гипофизом есть прямая связь. Гипоталамус при помощи нервных импульсов, и нейрогормонов, меняет функцию гипофиза, заставляя его синтезировать биологически активные вещества. А гипофиз, в свою очередь, по механизму обратной связи меняет функцию гипоталамуса. Информация о том, что гипофиз синтезировал необходимые гормоны, поступает в гипоталамус и угнетает его функцию.
Надеемся, этот пример помог лучше понять, как взаимодействуют нервная и гуморальная регуляции, ведь эти два механизма являются основой жизнедеятельности человека.