Физиология человека

Значение гуморальной регуляции

Гуморальная регуляция — наиболее древняя форма регуляции. Химические вещества, образующиеся в организме в процессе его жизнедеятельности, поступают в кровь и тканевую жидкость. Переносясь жидкостями организма, химические вещества действуют на деятельность его органов, обеспечивают их взаимодействие.

Эндокринные железы

Каждая клетка в процессе обмена веществ образует и отдает в окружающую ее тканевую жидкость определенные вещества, многие из которых обладают биологической активностью. Так, в каждой клетке образуется углекислый газ, который стимулирует дыхательные движения.

Известно, что в процессе эволюции образовалась особая система органов, специализировавшихся на выработке очень активных химических веществ, регулирующих жизненные процессы. Это железы внутренней секреции. Эти железы не имеют выводных протоков и выделяют образующиеся в них секреты прямо в кровь, за что их называют еще эндокринными железами (от греч. endon -внутри, krinein- выделять) (рис. 1).

Рис. 1. Расположение желез внутренней секреции в теле человека (схема): 1 — шишковидная железа, или эпифиз; 2 — гипофиз; 3 — щитовидная железа; 4 — паращитовидные железы; 5 — вилочковая железа; 6 — поджелудочная железа; 7 — надпочечники; 8 — яичник (у девочки); 9 — семенник (у мальчика)

Эндокринные железы человека невелики по размерам, имеют очень маленькую массу (от долей грамма до нескольких граммов). Они обильно снабжены кровеносными сосудами. Кровь приносит к ним необходимый "строительный материал" и уносит химически активные секреты.

К эндокринным железам подходит разветвленная сеть нервных волокон, их деятельность регулирует центральная нервная система.

Вырабатываемые железами внутренней секреции вещества называются гормонами.

Гормоны

Гормоны обладают высокой биологической активностью. Так, 1 г адреналина (гормон надпочечников) усиливает работу 100 000 000 изолированных сердец лягушки. Другой особенностью гормонов является специфичность их действия — каждый гормон определенным образом действует на определенные органы, ткани и клетки, на протекающие в них физиологические процессы.

Опыт 1

Пронаблюдайте влияние адреналина и питуитрина на меланофоры (пигментные клетки) лягушки. Для работы нужен раствор адреналина и раствор питуитрина (один из гормонов гипофиза). Их можно приобрести в аптеке.

За 6 ч до опыта несколько лягушек поместите в стеклянную банку, обернутую белой бумагой. Под дно банки также подложите белую бумагу. На рассеянном свету лягушки светлеют. Забинтуйте лягушку влажным марлевым бинтом, чтобы она не двигалась, но одну заднюю лапку оставьте свободной. Укрепите лягушку на дощечке булавками и растяните над отверстием в дощечке плавательную перепонку задней лапки лягушки. Дощечку с лягушкой поместите под микроскоп так, чтобы под объективом была растянутая над отверстием плавательная перепонка. Убедитесь, что посветление лягушек связано с сокращением отростков пигментных клеток. Пигментные клетки под микроскопом имеют вид черных точек.

Теперь двум лягушкам введите под кожу брюшка при помощи шприца по 0,5 мл раствора питуитрина. Примерно через полчаса лягушки потемнеют. Рассмотрите под микроскопом плавательную перепонку задних лапок этих лягушек. Вы заметите, что отростки пигментных клеток теперь хорошо видны.

Двум другим лягушкам введите под кожу брюшка по 1-2 мл раствора адреналина. Для этого надо взять другой шприц или если имеется только один шприц, то после введения питуитрина его надо тщательно промыть. Через 20 мин под микроскопом пронаблюдайте пигментные клетки в плавательной перепонке задних лапок этих лягушек. Как влияет адреналин на пигментные клетки лягушки? Объясните механизм этих влияний.

Гормоны состоят из молекул сравнительно небольшого размера. Это обеспечивает их проникновение через стенки капилляров из кровяного русла в ткани.

Гормоны сравнительно быстро разрушаются в тканях, поэтому для обеспечения длительного действия необходимо их постоянное выделение в кровь.

Гормоны обладают относительной специфичностью, что имеет важное практическое значение, так как позволяет недостаток того или иного гормона в организме человека компенсировать введением гормональных препаратов, получаемых из соответствующих желез животных.

Гормоны оказывают влияние на процессы обмена веществ. Известно, что все химические превращения в организме, процессы синтеза и распада веществ протекают при участии ферментов — биологических катализаторов. Действие гормонов на обмен веществ осуществляется через ферментные системы. Гормоны могут стимулировать синтез ферментов, активизировать одни ферментные системы и блокировать другие.

Все гормоны так или иначе влияют на обмен веществ. Но некоторые гормоны имеют специфическое действие. Гормон поджелудочной железы инсулин и гормон надпочечников адреналин регулируют углеводный обмен. Гормон паращитовидных желез регулирует обмен кальция и фосфора в организме. Гормоны оказывают влияние на рост и развитие организма, на процессы полового созревания, участвуют в регуляции деятельности организма.

В настоящее время функции желез внутренней секреции изучены достаточно полно. Удалось не только выделить в чистом виде многие гормоны, но даже некоторые гормоны получить синтетическим путем.

Значение нервной регуляции

Главная роль в регуляции функций организма и обеспечении его целостности принадлежит нервной системе. Этот механизм регуляции является более совершенным. Во-первых, нервные влияния передаются значительно быстрее, чем химические воздействия, и потому организм через нервную систему осуществляет быстрые ответные реакции на действие раздражителей. В связи со значительной скоростью проведения нервных импульсов взаимодействие между частями организма устанавливается быстро в соответствии с потребностями организма.

Во-вторых, нервные импульсы приходят к определенным органам, и потому ответные реакции, осуществляемые через нервную систему, не только более быстрые, но и более точные, чем при гуморальной регуляции функций.

Рефлекс — основная форма нервной деятельности

Вся деятельность нервной системы осуществляется рефлекторным путем. С помощью рефлексов осуществляется взаимодействие различных систем целого организма и его приспособление к меняющимся условиям среды.

При повышении кровяного давления в аорте рефлекторно меняется деятельность сердца. В ответ на температурные воздействия внешней среды у человека суживаются или расширяются кровеносные сосуды кожи, под влиянием различных раздражителей рефлекторно меняется сердечная деятельность, интенсивность дыхания и т. д.

Благодаря рефлекторной деятельности организм быстро реагирует на различные воздействия внутренней и внешней среды.

Раздражения воспринимаются особыми нервными образованиями — рецепторами. Существуют различные рецепторы: одни из них раздражаются при изменении температуры окружающей среды, другие — при прикосновении, третьи — при болевом раздражении и т. п. Благодаря рецепторам центральная нервная система получает информацию обо всех изменениях окружающей среды, а также об изменениях внутри организма.

При раздражении рецептора в нем возникает нервный импульс, который распространяется по центростремительному нервному волокну и достигает центральной нервной системы. О характере раздражения центральная нервная система "узнает" по силе и частоте нервных импульсов. В центральной нервной системе происходит сложный процесс переработки поступивших нервных импульсов, и уже по центробежным нервным волокнам импульсы от центральной нервной системы направляются к исполнительному органу (эффектору).

Для осуществления рефлекторного акта необходима целостность рефлекторной дуги (рис. 2).

Рис. 2. Схема простейшей рефлекторной дуги спинномозгового рефлекса

Опыт 2

Обездвижьте лягушку. Для этого заверните лягушку в марлевую или полотняную салфетку, оставив открытой лишь, голову. Задние лапки при этом должны быть вытянуты, а передние плотно прижаты к туловищу. Введите тупое лезвие ножниц в рот лягушки и отсеките верхнюю челюсть с черепной коробкой. Спинной мозг не разрушайте. Лягушку, у которой сохранен только спинной мозг, а вышележащие отделы центральной нервной системы удалены, называют спинальной. Укрепите лягушку в штативе, зажав зажимом нижнюю челюсть либо приколов булавками нижнюю челюсть к пробке, укрепленной в штативе. Оставьте лягушку висеть несколько минут. О восстановлении рефлекторной деятельности после удаления головного мозга судите по появлению ответной реакции на щипок. Лягушку во избежание подсыхания кожи периодически опускайте в стакан с водой. Налейте в маленький стаканчик 0,5-процентный раствор соляной кислоты, опустите в него заднюю лапку лягушки и наблюдайте рефлекторное отдергивание лапки. Смойте кислоту водой. На задней лапке, на середине голени, сделайте кольцевой разрез кожи и хирургическим пинцетом снимите ее с нижней части лапки, проследив за тем, чтобы кожа была тщательно снята со всех пальцев. Опустите лапку в раствор кислоты. Почему теперь лягушка не отдергивает конечность? В этот же раствор кислоты опустите другую лапку лягушки, с которой кожа не снята. Как реагирует лягушка теперь?

Разрушьте спинной мозг лягушки, введя в позвоночный канал препаровальную иглу. Опустите лапку, на которой сохранена кожа" в раствор кислоты. Почему теперь лягушка не отдергивает лапку?

Нервные импульсы при любом рефлекторном акте, приходя в центральную нервную систему, способны распространяться по разным ее отделам, вовлекая в процесс возбуждения многие нейроны. Поэтому правильнее говорить, что структурную основу рефлекторных реакций составляют нейронные цепи из центростремительных, центральных и центробежных нейронов.

Принцип обратных связей

Между центральной нервной системой и исполнительными органами существуют как прямые, так и обратные связи. При действии раздражителя на рецепторы возникает двигательная реакция. В результате этой реакции в исполнительных органах (эффекторах) — мышцах, сухожилиях, суставных сумках — возбуждаются рецепторы, от которых нервные импульсы поступают в центральную нервную систему. Это вторичные центростремительные импульсы, или обратные связи. Эти импульсы постоянно сигнализируют нервным центрам о состоянии двигательного аппарата, и в ответ на эти сигналы из центральной нервной системы к мышцам поступают новые импульсы, включающие следующую фазу движения или изменяющие движение в соответствии с условиями деятельности.

Обратная связь очень важна в механизмах координации, которую осуществляет нервная система. У больных, у которых нарушена чувствительность мышц, движения, особенно ходьба, утрачивают плавность, становятся некоординированными.

Условные и безусловные рефлексы

Человек рождается с целым рядом готовых, врожденных рефлекторных реакций. Это безусловные рефлексы. К ним относятся акты глотания, сосания, чихания, жевания, слюноотделение, отделение желудочного сока, поддержание температуры тела и др. Количество врожденных безусловных рефлексов ограничено, и они не могут обеспечить приспособление организма к постоянно меняющимся условиям среды.

На базе врожденных безусловных реакций в процессе индивидуальной жизни формируются условные рефлексы. Эти рефлексы у высших животных и человека весьма многочисленны и играют огромную роль в приспособлении организмов к условиям существования. Условные рефлексы имеют сигнальное значение. Благодаря условным рефлексам организм заранее как бы предупреждается о приближении чего-то значимого. По запаху гари человек и животное узнают о приближающейся беде, пожаре; животные по запаху, звукам отыскивают добычу или, напротив, спасаются от нападения хищников. На основе многочисленных условных связей, образовавшихся в течение индивидуальной жизни, человек приобретает жизненный опыт, помогающий ему ориентироваться в окружающей среде.

Для того чтобы яснее стало различие между безусловными и условными рефлексами, давайте совершим (мысленно) экскурсию в родильный дом.

В родильном доме есть три главных помещения: палата, где происходят роды, палата новорожденных и комната матерей. После того как ребенок родился, его приносят в палату новорожденных и дают немного отдохнуть (обычно 6-12 ч), а затем везут к матери — кормить. И только мать приложит ребенка к груди, как он хватает ее ртом и начинает сосать. Никто ребенка этому не учил. Сосание — пример безусловного рефлекса.

А вот пример условного рефлекса. Сначала, как только новорожденный проголодается, он начинает кричать. Однако через два-три дня в палате новорожденных наблюдается такая картина: подходит время кормления, и дети один за другим начинают просыпаться и плакать. Медицинская сестра по очереди берет их и пеленает, при необходимости подмывает, а затем укладывает на специальную каталку, чтобы везти к матерям. Очень интересно поведение детей: как только их перепеленали, уложили на каталку и вывезли в коридор, все они, как по команде, замолкают. Выработался условный рефлекс на время кормления, на обстановку перед кормлением.

Для выработки условного рефлекса необходимо подкрепление условного раздражителя безусловным рефлексом и их повторение. Стоило 5-6 раз совпасть пеленанию, подмыванию и укладыванию на каталку с последующим кормлением, которое здесь играет роль безусловного рефлекса, как выработался условный рефлекс: перестать кричать, несмотря на все возрастающий голод, ждать несколько минут, пока кормление начнется. Кстати, если вывезти детей в коридор и запоздать с кормлением, то через несколько минут они начинают кричать.

Рефлексы бывают простые и сложные. Все они находятся во взаимной связи и образуют систему рефлексов.

Опыт 3

Выработайте условный мигательный рефлекс у человека. Известно, что при попадании струи воздуха в глаз человек закрывает его. Это защитная, безусловнорефлекторная реакция. Если теперь несколько раз сочетать вдувание воздуха в глаз с каким-нибудь индифферентным раздражителем (стуком метронома, например), то этот индифферентный раздражитель станет сигналом поступления струи воздуха в глаз.

Для вдувания воздуха в глаз возьмите резиновую трубочку, соединенную с грушей для нагнетания воздуха. Рядом поставьте метроном. Метроном, грушу и руки экспериментатора закройте от испытуемого экраном. Включите метроном и через 3 сек нажмите на грушу, вдувая струю воздуха в глаз. Метроном при вдувании воздуха в глаз должен продолжать работу. Выключите метроном, как только наступит мигательная рефлекторная реакция. Через 5-7 мин повторите сочетание звука метронома с вдуванием воздуха в глаз. Опыт продолжайте до тех пор, пока мигание не будет наступать только при звуке метронома, без вдувания воздуха. Вместо метронома можно воспользоваться звонком, колокольчиком и т. п.

Сколько понадобилось сочетаний условного раздражителя с безусловным, чтобы образовался условный мигательный рефлекс?

В целом организме нервный и гуморальный механизмы регуляции действуют совместно. Оба механизма регуляции взаимосвязаны. Химические регуляторы, образующиеся в организме, влияют и на нервные клетки, изменяя их состояние. Влияют на состояние нервной системы и образующиеся в железах внутренней секреции гормоны. Но функциями эндокринных желез управляет нервная система. Ей в организме принадлежит ведущая роль в регуляции всей деятельности. Гуморальные факторы — звено в нейро-гуморальной регуляции. В качестве примера напомним регуляцию осмотического давления крови при жажде. Вследствие недостатка воды повышается осмотическое давление во внутренней среде организма. Это приводит к раздражению специальных рецепторов — осморецепторов. Возникшее возбуждение по нервным путям направляется в центральную нервную систему. Оттуда импульсы направляются к железе внутренней секреции — гипофизу — и стимулируют выделение в кровь антидиуретического гормона гипофиза. Этот гормон, попадая в кровь, приносится к извитым канальцам почек и усиливает обратное всасывание воды из первичной мочи в кровь. Таким образом уменьшается количество выводимой с мочой воды и восстанавливается нарушенное осмотическое давление в организме.

При избытке сахара в крови нервная система стимулирует функцию внутрисекреторной части поджелудочной железы. Теперь в кровь поступает больше гормона инсулина, и лишний сахар под его влиянием откладывается в печени и мышцах в виде гликогена. При усиленной мышечной работе, когда повышается потребление сахара и в крови его становится недостаточно, усиливается деятельность надпочечников. Гормон надпочечников адреналин способствует превращению гликогена в сахар. Так нервная система, воздействуя на железы внутренней секреции, стимулирует или тормозит отделение ими биологически активных веществ.

Влияния нервной системы осуществляются через секреторные нервы. Кроме того, нервы подходят к кровеносным сосудам эндокринных желез. Меняя просвет сосудов, они влияют на деятельность этих желез.

И наконец, в эндокринных железах располагаются чувствительные окончания центростремительных нервов, сигнализирующих в центральную нервную систему о состоянии эндокринной железы. Таким образом, нервная система оказывает влияние на состояние желез внутренней секреции. Состояние железы, выработка ею гормона в большой степени зависят от нервных влияний. В связи с этим многие эндокринные заболевания развиваются вследствие поражения нервной системы (сахарный диабет, базедова болезнь, расстройство функции половых желез). Например, описан случай тяжелого заболевания щитовидной железы, развившегося у матери, потерявшей за одну ночь двух детей, умерших от дифтерии.

Не только нервная система оказывает влияние на состояние эндокринных желез, но и гормоны действуют на нервную систему. Большое влияние они оказывают на деятельность коры больших полушарий головного мозга. Издавна было известно, что кастрация, т. е. удаление половых желез у домашних животных, делает их выносливыми и спокойными (например, вол в сравнении с быком).

Если повышается функция щитовидной железы (базедова болезнь), человек становится очень раздражительным, эмоциональным. Наоборот, при понижении функции щитовидной железы (микседема) человек становится вялым, пассивным, эмоции у него снижены. Если функция щитовидной железы понижена с раннего детства, то у ребенка отстает физическое и умственное развитие (кретинизм). У животных с удаленной щитовидной железой труднее образуются условные рефлексы.

Тесная связь деятельности желез внутренней секреции и центральной нервной системы подтверждается и особенностями строения эндокринной системы. В промежуточном отделе головного мозга имеется образование — гипоталамус, который является одновременно и нервным центром, и своеобразной железой внутренней секреции. Он образован нервными клетками, но не совсем обычными: они способны вырабатывать особые вещества, которые поступают в кровь, притекающую от гипоталамуса к гипофизу. Активные вещества гипоталамуса побуждают гипофиз вырабатывать другие гормоны; к ним относится гормон роста, тиреотропный гормон (он активизирует работу щитовидной железы), гонадотропные гормоны (они активизируют работу половых желез) и др. Под влиянием гормонов гипофиза другие эндокринные железы вырабатывают свои гормоны, которые действуют на различные органы, ткани и клетки организма.

Между гипоталамусом, гипофизом и периферическими эндокринными железами существует прямая и обратная связь. Например, гипофиз вырабатывает тиреотропный гормон, который стимулирует деятельность щитовидной железы. Под влиянием тиреотропного гормона гипофиза щитовидная железа вырабатывает свой гормон — тироксин, который влияет на все органы и ткани организма. Тироксин влияет и на сам гипофиз, как бы информируя его о результатах его деятельности: чем больше гипофиз выделяет тиреотропного гормона, тем больше щитовидная железа выделяет тироксина. Но если тиреотропный гормон гипофиза стимулирует работу щитовидной железы (это прямая связь), то, напротив, тироксин тормозит деятельность гипофиза, уменьшая выработку тиреотропного гормона (это обратная связь). Механизм прямой и обратной связи имеет очень важное значение в деятельности эндокринной системы, так как благодаря ему работа всех желез внутренней секреции не выходит за границы физиологической нормы.

На рисунке 3 представлена схема нейро-эндокринной регуляции деятельности организма.

Изучение функциональных отношений между разными железами внутренней секреции показало, что почти все они влияют Друг на друга, тесно взаимодействуя.

Регуляция функций организма — процесс сложный, осуществляющийся нейро-гуморальным путем. При этом нервные факторы регуляции взаимодействуют с гуморальными. Даже передача возбуждения с одного нейрона на другой или на исполнительные органы (мышцы, железы), как показали исследования, осуществляется при участии химических посредников — медиаторов. Самым распространенным передатчиком (медиатором) возбуждения является ацетилхолин. Нервная клетка сама вырабатывает ацетилхолин, затрачивая значительное количество энергии. Ацетилхолин накапливается в окончаниях нервных клеток в виде мелких пузырьков. Когда возбуждение достигает окончаний отростков нервной клетки, ацетилхолин проходит через мембрану клетки и способствует передаче возбуждения другой клетке.

Рис. 3. Нейро-эндокринная регуляция функций организма (схема)

Кроме ацетилхолина, обнаружены и другие передатчики нервных импульсов. В окончаниях симпатических нервов обнаружены медиаторы адреналин и норадреналин.

Вопросы и задания к главе "Регуляция функций организма"

1. Чем отличаются гормоны от ферментов?

2. Какова роль гормонов в регуляции функций организма?

3. Какие вы знаете химические вещества, принимающие участие в регуляции функций организма?

4. Как нервная система поддерживает постоянство внутренней среды организма? Приведите примеры.

5. Приведите примеры условных рефлексов у человека.

6. Приведите примеры нейро-гуморальной регуляции функций в организме человека.