Регуляция жизнедеятельности
Согласованная работа организма управляется нервной системой и железами внутренней секреции (гуморально). Они работают как единое целое — нейрогуморальная регуляторная система. В чём же разница между нервной и гуморальной регуляциями?
Нервная регуляция осуществляется очень быстро: к органу по нервным клеткам приходят электрические сигналы, называемые нервными импульсами. Вот эти-то нервные импульсы или усиливают работу органа, или тормозят её. Электрические сигналы распространяются по нервам с огромной скоростью (до 100 м/с), но действуют только в тот момент, когда подходят к органу, то есть их эффекты краткосрочны.
Гуморальная регуляция (от лат. гумор — жидкость) происходит при помощи особых веществ — гормонов (от греч. хормао — привожу в движение, возбуждаю), чаще всего выделяемых специальными железами. Эти вещества разносятся кровью по всему организму и способны, взаимодействуя с клетками различных органов, регулировать их работу. Конечно, на выработку этих веществ и их перенос с током крови требуется больше времени, чем на распространение нервных импульсов, поэтому гуморальная регуляция более медленная по сравнению с нервной. Но зато воздействие этих веществ на работу органов и тканей более продолжительно.
Нервная регуляция осуществляется в соответствии с рефлекторным принципом. Рефлекс — это ответная реакция организма на какое-либо воздействие, происходящая при участии нервной системы. Примером может служить отдёргивание руки от горячего предмета. Путь, по которому осуществляется рефлекс, называют рефлекторной дугой (рис. 11). Он представляет собой последовательно соединённую цепочку нервных клеток — нейронов: чувствительных, вставочных и двигательных. Для осуществления рефлекса необходима целостность рефлекторной дуги. Выключение её звена ведёт к исчезновению рефлекса.
Проявление рефлекса вызывается раздражением специальных нервных клеток — рецепторов и выражается в работе каких-либо исполнительных (рабочих) органов — эффекторов. Чаще всего это мышцы или железы.
Особенности нервной регуляции
Во время эволюции формирование нервной регуляции произошло намного позже, чем гуморальной. Специалисты отмечают тот факт, что живым существам стало недостаточно тех связей между клетками, которые могла предоставить гуморальная регуляция. Информацию нужно было передавать максимально быстро. Кроме того, требовалась более эффективная реакция на те угрозы, которые поступали из окружающей среды.
Особенностью, которая считается основной в случае с нервной регуляцией, выступает передача биоэлектрических потенциалов между клетками. Это специальные импульсы. Нервная система постепенно становилась все более сложной. Спустя некоторое время центральная нервная система стала представлять собой невероятно сложное устройство кибернетического характера. Она поделилась на многочисленные разделы, которые соединяются между собой с помощью неких «транспортных магистралей». За счет этого организм может с достаточно большой скоростью управлять совершенно всеми органами и посылать к ним импульсы и приказы.
В человеческом организме применяются специальные центральные структуры для того, чтобы выполнять разные этапы нервной регуляции. Основными считаются головной мозг и те подкорковые ядра, которые в нем присутствуют, а также периферические образования, представленные нервными сплетениями.
Человек не может полноценно существовать только с нервной регуляцией. Очень важную роль играет достаточное количество гормонов, которые влияют непосредственно на функциональные возможности человека. Эти два типа регуляций должны тесно взаимодействовать между собой, чтобы контролировать все органы и клеточки в организме. А поскольку нервная регуляция зависит от работы головного мозга, необходимо постоянно поддерживать этот орган в тонусе. Это можно делать с помощью когнитивных тренажеров Викиум.
Железы внутренней секреции и их функции
В полости черепа в особом углублении его костей, которое получило название «турецкое седло», располагается гипофиз (см. рис. 59). 20 Гормоны гипофиза осуществляют регуляцию других желёз внутренней секреции, расположенных в различных отделах тела человека, а также воздействуют на многие реакции обмена веществ.
Наиболее важная роль в регуляции физиологических функций принадлежит передней доле гипофиза. В ней вырабатывается несколько видов гормонов. Один из этих гормонов называется гормоном роста (соматотропин), так как он усиливает синтез белков, рост и деление клеток
Особенно важно, чтобы достаточное количество этого гормона вырабатывалось в растущем организме. Передняя доля гипофиза выделяет группу тропных гормонов
Эти гормоны регулируют функции щитовидной желёзы (тиреотропный гормон), половых желёз (гопадотропный гормон), коры надпочечников (адренокортикотропный гормон, или АКТГ).
Из задней доли гипофиза в кровь поступают два гормона. Один из них (вазопрессин) усиливает обратное всасывание воды из первичной мочи в кровь. Если этого гормона не хватает, то человек теряет очень много воды с мочой. Второй гормон (окситоцин) усиливает сокращение гладкой мускулатуры
Особенно важно его присутствие в организме женщины во время родов, так как без этого гормона гладкие мышцы матки сокращаться не могут
В центральной части гипофиза, которую называют промежуточной долей, вырабатывается гормон (меланоцитостимулирующий, или МСГ), избыток которого приводит к потемнению кожи.
Щитовидная железа расположена на передней стенке гортани. Она образована особыми пузырьками, в которых вырабатывается гормон тироксин, содержащий иод. Этот гормон повышает интенсивность обмена веществ, стимулируя клеточное дыхание и усиливая производство тепла организмом (термогенез).
Поджелудочная железа обладает смешанной секрецией: часть её клеток выделяет ряд пищеварительных ферментов через протоки в двенадцатиперстную кишку (внешняя секреция), а скопления других клеток выделяют гормон инсулин непосредственно в кровь (внутренняя секреция). Непрерывное выделение инсулина в кровь необходимо для того, чтобы глюкоза (основной источник энергии), полученная с пищей, могла свободно переходить из плазмы крови в ткани, а её избыток откладывался в печени в виде гликогена.
Надпочечники — небольшие парные железы, расположенные на верхних полюсах почек. Надпочечники иногда называют железами стресса. При напряжённой физической или умственной работе, психических переживаниях гормоны надпочечников (один из них — адреналин) повышают артериальное давление крови, учащают и усиливают сокращения сердца, усиливают дыхание, обеспечивают стабильное содержание глюкозы в плазме крови, поддерживают оптимальный уровень водно-солевого обмена. Таким образом, гормоны надпочечников, действуя вместе с симпатическим отделом вегетативной нервной системы, дают возможность организму выдержать высокие нагрузки в условиях стресса. При поражении надпочечников жизнь человека невозможна.
Моя лаборатория
Лабораторная работа
Проведите самонаблюдение
Исследуйте проявление простейших рефлексов у взрослого человека. Наиболее ярко наблюдаются следующие рефлексы: надбровный, мигательный и коленный. Для проведения исследования используйте неврологический молоточек (можно использовать молоточек из детского конструктора, покрытый тканью, или карандаш с закреплённым на его конце ластиком).
Надбровный рефлекс. Возникает при ударе неврологическим молоточком по краю надбровной дуги. В ходе исследования испытуемый сидит. Экспериментатор прикасается ластиком, закреплённым на конце карандаша, к краю надбровной дуги испытуемого. Ответная реакция — смыкание век.
Мигательный рефлекс. Работа проводится в парах. Испытуемый сидит. Экспериментатор делает хлопок перед лицом испытуемого. Ответная реакция — смыкание век
Мигательный рефлекс возникает также при осторожном прикосновении ваткой либо мягкой бумагой к роговице над радужной оболочкой.
Коленный рефлекс. Возникает при ударе молоточком по плотной связке надколенника ниже коленной чашечки
Для его определения испытуемому предлагают сесть на стул и положить ногу на ногу. Экспериментатор наносит лёгкий удар неврологическим молоточком по сухожилию четырёхглавой мышцы ноги. 19 Ответная реакция — сокращение мышцы бедра и разгибание голени. Повторите эксперимент с другой ногой и сравните рефлексы.
Дополнительный материал для углублённого изучения
Все структуры рефлекторной дуги образованы возбудимыми клетками, способными изменять процессы своей жизнедеятельности под влиянием внешних или внутренних воздействий. Они осуществляют свои функции благодаря электрическим процессам, протекающим в них. Дело в том, что в обычном состоянии мембраны клеток изнутри заряжены отрицательно, а снаружи положительно. Разница зарядов на наружной и внутренней поверхности клеточной мембраны создаёт так называемый потенциал покоя. При воздействии на клетку раздражителя достаточной силы она возбуждается и переходит в состояние физиологической активности. При этом происходит смена зарядов на поверхностях клеточной мембраны и возникает потенциал действия. Этот электрический потенциал, возникающий сначала на небольшом участке клеточной мембраны, способен распространяться по всей поверхности клетки. Именно в этом состоянии нейроны начинают проводить нервные импульсы, мышечные клетки начинают сокращаться, а железистые осуществлять секрецию.
Возбудимые клетки рефлекторной дуги соединяются в цепочки благодаря особым информационным мембранным контактам — синапсам. 13 В настоящее время установлено, что проведение возбуждения через синапс может иметь или химическую, или электрическую природу.
Гомеостаз и стресс. Организм человека, как и любого другого живого существа, представляет собой единое целое: все его системы и органы работают согласованно для поддержания гомеостаза. Представим себе, что человек сдаёт какой-то трудный экзамен. Естественно, он волнуется, желая сдать этот экзамен как можно лучше, и системы организма меняют свою работу. Такое состояние, когда организм напряжён, называют стрессом. Стресс может возникать по самым различным причинам: боль, радость, страх, физическая нагрузка и т. д. Однако в людом случае при стрессе усиливается кровоснабжение мышц (вдруг придётся убегать) и мозга (возможно, придётся решать трудные задачи), учащается дыхание (организму потребуется больше кислорода), ускоряются все процессы регуляции жизнедеятельности (нужно быстро реагировать на происходящее вокруг). А вот работа пищеварительной системы при стрессе тормозится, чтобы не мешать активной деятельности других систем.
Если же человек находится в состоянии покоя (смотрит телевизор, читает книгу или спит), то наблюдается обратная картина: давление крови снижается, частота сокращений сердца уменьшается, дыхание делается более редким, мышцы расслабляются. А вот процессы переваривания пищи в этот момент протекают активно, и усиливается прилив крови к желудку и кишечнику.
Новые понятия
Гомеостаз. Нейрогуморальная регуляция. Рефлекс. Рефлекторная дуга. Рецептор. Эффектор
Ответьте на вопросы
1. Охарактеризуйте проявление основных жизненных свойств у человека на клеточном и организменном уровне. 2. Что такое гомеостаз и что лежит в его основе?
3. В чем выражается нейрогуморальная регуляция процессов жизнедеятельности человека?
Выполните задание
Подготовьте сообщение о рефлексах человека.
ПОДУМАЙТЕ!
Почему виды регуляции нельзя противопоставлять друг другу?
Моя лаборатория
Признаки гормонов. Вещество, относящееся к гормонам, в норме должно обладать следующими признаками:
1) выделяться из живых клеток, причём без нарушения их целостности;
2) не служить источником энергии;
3) действовать через кровь (внутреннюю среду) в очень малых
количествах;
4) поступать непосредственно в кровь (внутреннюю среду) без
выводных протоков;
5) действовать на органы-мишени через специфические рецепторы, которыми служат особые вещества, расположенные либо на наружных мембранах клеток органов-мишеней, либо в их ядрах.
Гипоталамус. В головном мозге имеется отдел, называемый гипоталамусом. Кроме нейронов обычного типа, в нём есть нейросекреторные клетки, которые вырабатывают особые белковые вещества, стимулирующие или тормозящие выработку гормонов гипофиза. Другими словами, эти нервные клетки преобразуют нервный импульс в нейрогормональный. Гипофиз расположен прямо под гипоталамусом и соединён с ним воронкой и ножкой, по которым и поступает нейросекрет. Гипофиз реагирует на химические вещества, поступившие из гипоталамуса, и выделяет свои гормоны. При этом гипоталамус и гипофиз работают как единый механизм.
Ведущей гормональной системой организма является система гипоталамус — гипофиз — надпочечники. Железы внутренней секреции, входящие в эту систему, являются важнейшими регуляторами физиологических процессов, лежащих в основе целостных реакций организма. Гипоталамус в этой системе выполняет роль высшего подкоркового эндокринного регулятора: он выделяет факторы стимуляции гипофиза (нейросекреция).
Новые понятия
Железы внутренней секреции. Гормоны. Гипофиз. Щитовидная железа. Поджелудочная железа. Надпочечники
Ответьте на вопросы
1. Чем характеризуются железы внутренней секреции? В чём их отличие от желёз внешней и смешанной секреции?
2. Что такое гормоны и каково их значение в гуморальной регуляции процессов жизнедеятельности? 3. Можно ли утверждать, что гормоны вырабатываются исключительно железами внутренней секреции?
4. Какие железы, осуществляющие внутреннюю секрецию, вам известны? Какие гормоны они вырабатывают?
ПОДУМАЙТЕ!
Можно ли однозначно определить, какая регуляция (гуморальная или нервная) важнее для организма?
Половые железы
Половые железы женщины — яичники выделяют во внешнюю среду яйцеклетки, а во внутреннюю — гормоны эстрогены и прогестины. К первым относится гормон эстрадиол, который отвечает за созревание яйцеклеток в яичниках, а также участвует в формировании вторичных половых признаков по женскому типу (развитие молочных желёз, определённый тип телосложения и др.). Прогестерон, относящийся к прогестинам, тормозит созревание новых яйцеклеток на период беременности.
Половые железы мужчины — семенники — выделяют во внешнюю среду сперматозоиды, а во внутреннюю — гормоны андрогены, основным из которых является тестостерон. Этот гормон необходим для нормального формирования половой системы по мужскому типу и развития мужских вторичных половых признаков (особенности волосяного покрова и развитие мускулатуры по мужскому типу, низкий голос, специфика обмена веществ и поведения и т. п.), кроме того, он обеспечивает постоянство выработки сперматозоидов.