Типы и механизмы регуляции

На всех трех уровнях структурной организации системы регуляции возможны 3 типа регуляции: 1) по возмущению, или адаптивная регуляция, по отклонению, или гомеостатическая регуляция, 3) по упреждению или опережающая регуляция.

Регуляция по возмущению (саморегуляция по входу) системы возможна для систем, имеющих связи с внешней для них средой (см. рис. 3.1). Этот тип регуляции включается в тех случаях, когда на живую систему оказывает воздействие внешний для нее фактор, меняющий условия ее существования. Например, регуляция дыхания обычно обеспечивает оптимальную для метаболизма клеток взаимосвязь процессов газообмена в легких, транспорта газов кровью и газообмена крови с клетками в тканях. Физическая же нагрузка, не являющаяся частью структуры приведенной системы (внешняя для нее), представляет собой возмущающее воздействие и, поскольку физическая нагрузка ставит новые условия в виде повышенной потребности мышц в кислороде, реализуется регуляция по возмущению, меняющая интенсивность составляющих дыхание процессов. Или регуляция постоянства температуры тела подразумевает взаимосвязь процессов образования тепла в организме и его отдачи в окружающую среду. Изменение температуры окружающей среды, например повышение ее, является возмущающим раздражителем, воспринимается терморецепторами кожи и слизистых оболочек. От рецепторов по входному каналу связи (нервным проводникам) сигнал поступает в управляющее устройство (нервный центр), меняющее путем выходных сигналов процессы образования и отдачи тепла так, чтобы поддерживать температуру тела на постоянном уровне. Этот тип регуляции получил название адаптивной регуляции, так как она способствует быстрому приспособлению организма к изменившимся условиям среды.
Регуляция по отклонению (саморегуляция по выходу системы) возникает при отклонении параметров функции за пределы диапазона физиологических колебаний (см. рис. 3.1). Регуляция обеспечивается сравнением 5-6095
имеющихся параметров реакции физиологических систем с требующимися в конкретных условиях, определением степени рассогласования между ними и включением исполнительных устройств для устранения этого рассогласования. Частным примером регуляции по отклонению является поддержание физиологических констант внутренней среды. Стоит только отклониться от заданного уровня и повыситься в крови напряжению углекислого газа из-за недостаточного его удаления через легкие или повышенного образования в тканях, как начнут реализовываться регуляторные механизмы, направленные на восстановление и поддержание гомеостазиса. Этот тип регуляции поэтому называется гомеостатической регуляцией, ее реакции направлены, например, на устранение описанного сдвига содержания С02: образование углекислоты и бикарбоната натрия, связывание водородных ионов буферными системами, повышение выведения протонов через почки, активация дыхания для выведения углекислого газа во внешнюю среду.
Регуляция по отклонению требует наличия канала связи между выходом системы регуляции и ее центральным аппаратом управления и даже между выходом и входом системы регуляции. Этот канал связи получил название механизма обратной связи (см. рис. 3.1). Именно обратная связь позволяет регуляции по отклонению работать в двух режимах: компенсационном и слежения. Компенсационный режим обеспечивает быструю корректировку рассогласования реального и оптимального состояния физиологических систем при внезапных влияниях среды, т. е. оптимизирует реакции организма. При режиме слежения регуляция осуществляется по заранее заданным программам, а обратная связь контролирует соответствие параметров деятельности физиологической системы заданной программе. Если возникает отклонение — реализуется компенсационный режим.
По конечному эффекту регуляции механизм обратной связи может быть положительным и отрицательным.
Механизм положительной обратной связи означает, что выходной сигнал системы регуляции усиливает входной, активация какой-либо функции вызывает усиление механизмов регуляции, еще больше ее активирующих. Такая обратная связь усиливает процессы жизнедеятельности, например прием пищи и поступление ее в желудок усиливают отделение желудочного сока, необходимого для гидролиза веществ (рис. 3.2). Появляющиеся в желудке и частично всасывающиеся в кровь продукты гидролиза в свою очередь стимулируют сокоотделение, что ускоряет и усиливает дальнейшее

переваривание пищи.

Однако положительная обратная связь нередко приводит систему в неустойчивое состояние, способствует формированию «порочных кругов», когда реакция организма на вредное воздействие среды усиливает следствия этого воздействия, что лежит в основе многих патологических процессов в организме.
Рис. 3.2. Пример механизма положительной обратной связи в регуляции секреции желудочного сока.
Прием пищи вызывает секрецию желудочного сока, расщепление пищевого белка и всасывание продуктов его гидролиза в кровь. Последние в свою очередь еще больше стимулируют секрецию желудочного сока (положительная обратная связь).

Рис. 3.3. Пример механизма отрицательной обратной связи в регуляции уровня глюкозы в крови.

alt="" />

Прием сахара с пищей и последующий его гидролиз до глюкозы ведут к повышенному поступлению глюкозы в кровь. Рост содержания глюкозы в крови стимулирует секрецию инсулина р-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Под влиянием инсулина растет захват глюкозы из крови клетками мышечной и жировой ткани, уровень глюкозы в крови снижается, что тормозит секрецию инсулина (отрицательная обратная связь).
Механизм отрицательной обратной связи (рис. 3.3) означает, что выходной сигнал уменьшает входной, активация какой-либо функции подавляет механизмы регуляции, усиливающие эту функцию. Отрицательные обратные связи способствуют сохранению устойчивого, стационарного состояния системы. Благодаря им возникающее отклонение регулируемого параметра уменьшается и система возвращается к первоначальному состоянию. Например, под влиянием паратирина (гормона околощитовидных желез) в крови возрастает содержание ионизированного кальция. Повышенный уровень кальция тормозит секрецию паратирина, усиливает поступление в кровь кальцитонина (гормона щитовидной железы), под влиянием которого уровень кальция снижается и его содержание в крови нормализуется.
Отрицательные обратные связи способствуют сохранению стабильности физиологических параметров внутренней среды при возмущающих воздействиях внешней среды, т. е. поддерживают гомеостазис. Они работают и в обратном направлении, т. е. при уменьшении параметров включают системы регуляции, повышающие их и тем самым обеспечивающие восстановление гомеостазиса.
В условиях, когда воздействия среды относительно неизменны, возмущающие сигналы слабы или отсутствуют, основную роль играет система гомеостатической регуляции, тогда как адаптационная регуляция мало активна. Но стоит только в окружающей среде возникнуть изменению, т. е. новому фактору, как сразу же активируется адаптационная регуляция и ослабляется гомеостатическая.
Эффект обратной связи всегда запаздывает, так как она включает компенсационный режим уже после того как произошло рассогласование имеющихся и должных параметров. Например, при низкой температуре окружающей среды, включение механизмов поддержания температуры тела после того, как снизилась температура крови, т. е. отклонилась гомеостатическая константа, является слишком поздней регуляторной реакцией. Если человек выходит раздетым на сильный мороз, включаются механизмы поддержания постоянства температуры тела благодаря холодовому воздействию и адаптивной регуляции, но эффект низкой температуры может привести к простуде. Необходимой в таких случаях является регуляция по упреждению, в результате которой перед выходом на мороз человек надева

ет теплую одежду, а в его организме опережающе активируются механизмы образования тепла. В центральном аппарате управления системы регуляции заложен механизм контроля, позволяющий получать информацию не об уже достигнутых параметрах деятельности, а осуществляющий сравнение сигналов, посылаемых к исполнительным устройствам, с хранящимися в памяти сигналами, требуемыми для заданной программы. Этот механизм опережающей регуляции свойствен третьему уровню системы регуляции.

<< | >>

↑

Источник: Ткаченко Б.И. Нормальная физиология человека. 2005

Еще по теме Типы и механизмы регуляции:

- Кардиология - Физиология человека - Философия здоровья -