РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

Регуляция физиологических функций – это совокупность процессов, возникающих в биологической системе (на молекулярном, клеточном, тканевом, органном, системном и организменном, уровнях) в ответ на воздействие внешней и внутренней среды и направленных на достижение положительного для организма результата.
В основе явлений регуляции лежит взаимосвязь всех органов и физиологических систем организма между собой.

Кибернетика – наука об общих принципах управления в машинах, живых системах и обществе.
Кибернетическая система включает в себя:
Регулирующее устройство;
Объект регулирования;
Канал прямой связи (регулирующее воздействие);
Датчики, воспринимающие информацию на входе (сенсорные рецепторы) и выходе (рецепторы исполнительных структур или рецептор результата действия);
Канал обратной связи.
Регулирующее устройство
Объект регулирования
ВЫХОД
ВХОД
4
1
3
2
4
5
Канал обратной связи

Принципы регуляции
С позиций медицинской (физиологической) кибернетики управление осуществляется с использованием основных принципов регуляции:
1). По возмущению.
2). По отклонению (2-й способ отличается от 1-го наличием обратной связи - от выходов системы к её регуляторам).
3). По прогнозированию (Агаджанян Н.А.).

Управление по возмущению - использование самого возмущения для выработки компенсирующего воздействия, т.е. сигналом к управлению служит отклонение от заданной величины параметров на входе системы.
Управление по отклонению (рассогласованию) - включение механизмов регуляции в тот момент, когда в состоянии системы уже наступили отклонения от заданной величины, т.е. сигналом к управлению служит отклонение от заданной величины параметров на выходе системы.
Управление по прогнозированию осуществляется при поступлении информации о предстоящем действии возмущения на основе сформированной условнорефлекторной деятельности.

Основные способы управления в живом организме
1). Запуск (инициация);
2). Коррекция;
3). Координация.

Запуск - процесс управления, при котором происходит запуск деятельности органа, не обладающего свойством автоматии.
Коррекция – процесс управления деятельностью органа, который работает в автономном режиме.
Координация - согласование работы нескольких органов или систем одновременно для получения полезного приспособительного результата.

Контуры регуляции
В связи с наличием различных морфо-функциональных уровней биосистем организма (клетка, ткань, орган, система органов) выделяют различные контуры регуляции:
Внутриклеточный (является предметом клеточной физиологии). Регуляторы – вторичные мессенджеры – Са2+, цАМФ и цГМФ, И3Ф, ДАГ.
Внутриорганнный
Системный.

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ физиологических функций
На уровнях биосистем, таких как ткань, орган и система органов существует три механизма регуляции:
Миогенный;
Гуморальный;
Нервный.

Миогенный механизм регуляции
- регуляция функции органа за счет изменения физиологических свойств мышечной ткани.
Характерен для органов и тканей мышечного типа. Например, гемодинамический механизм регуляции сократимости сердца происходит за счет свойств сердечной мышцы (закон Франка-Старлинга): чем больше растянута мышца, а, следовательно, и больше резервных актомиозиновых мостиков, тем больше сила сокращения.

Гуморальный механизм регуляции
- изменение физиологической активности органов и систем под влиянием химических веществ, доставляемых через жидкие среды организма (интерстициальная жидкость, лимфа, кровь, ликвор).
Аутокринная
Паракринная
Эндокринная

Аутокринная регуляция
- изменение функции клетки химическими субстратами, выделяемыми в межклеточную среду самой клеткой (продукты распада белков, углеводов, СО2, электролиты и др.).

Паракринная регуляция
Основана на выделении клетками химических веществ (цитокинов) в межтканевую жидкость, которые могут управлять функцией нескольких клеток, расположенных на некотором удалении от источника управляющих воздействий.
Например, вазоконстрикторный фактор эндотелин-1, вазодилятаторный фактор – оксид азота NO, туморнекротизирующий фактор TNF, факторы роста, молекулы адгезии, простагландины и др. цитокины

Эндокринная регуляция
Реализуется при выделении биологически активных веществ (регуляторные пептиды, гормоны) в кровь отдельными клетками (эндокринная диффузная система) или специальными органами (эндокринные железы).
С током крови гормоны достигают всех органов и тканей (мишени).
Конечный эффект регуляции определяется наличием в соответствующем органе-мишени специфических рецепторов.

Для гуморального механизма регуляции характерно:
медленное распространение;
диффузный характер управления;
низкая надежность осуществления связи

Нервный механизм регуляции
- изменение физиологических функций под влиянием нервных импульсов, передаваемых из центральной нервной системы по нервным волокнам к тканям и органам организма.
Два варианта нервной регуляции:
соматическая – регуляция скелетной мускулатуры;
вегетативная (автономная) – регуляция деятельности внутренних органов

Структурной основой рефлекса является рефлекторная дуга.
Функционально состоит из: афферентного, центрального и эфферентного звеньев.
Рефлекс – ответная реакция организма на изменения внутренней и внешней среды, осуществляемая при участии ЦНС.

Морфологически состоит из:
рецепторных образований, назначение которых заключается в трансформации энергии внешних раздражений (информации) в энергию нервного импульса;
афферентного (чувствительного) нейрона, проводящего нервный импульс в нервный центр;
интернейрона (вставочного) нейрона или нервного центра, представляющего собой центральную часть рефлекторной дуги;
эфферентного (двигательного) нейрона, проводящего нервный импульс до эффектора;
эффектора (рабочего органа), осуществляющего соответствующую деятельность.
Передача нервного импульса осуществляется с помощью нейротрансмиттеров или медиаторов – химических веществ, выделяющихся нервными окончаниями в химическом синапсе

Для нервного механизма регуляции характерно:
высокая скорость распространения;
точная передача объекту регулирования управляющих воздействий;
высокая надежность осуществления связи.

В естественных условиях нервный и гуморальный механизмы работают как единый нейрогуморальный механизм управления.
Например, передача управляющих воздействий с нерва на иннервируемые структуры осуществляется с помощью химических посредников – медиаторов, действующих на специфические рецепторы.
Еще более тесная связь обнаружена в некоторых ядрах таламуса. Нервные клетки этих ядер приходят в активное состояние при изменении химических и физико-химических показателей крови (нейросекреция). Например, повышение осмотического давления плазмы крови вызывает активацию специальных нервных клеток супраоптического ядра гипоталамуса, что приводит к выделению в кровь антидиуретического гормона (АДГ), усиливающего реабсорбцию воды в почках, что снижает осмотическое давление плазмы крови.
Наконец, работа симпатоадреналовой системы. Активация симпатической нервной системы при стрессе приводит к повышению выделения надпочечниками гормона адреналина.

ГОМЕОСТАЗ
1878 - французский ученый Клод Бернар впервые поставил вопрос о значении «постоянства внутренней среды организма»
1929 - термин гомеостаз (homeostasis - греч. homoios подобный, одинаковый + stasis стояние, неподвижность) и его понятие определил американский физиолог W. Cannon (Кеннон).
ГОМЕОСТАЗ - относительное динамическое постоянство внутренней среды и физиологических функций организма

Гомеостатические константы
Жесткими константами называются такие константы, незначительные отклонения которых могут приводить к существенным нарушениям обменных процессов и смерти организма. Например, осмотическое давление, рН, содержание глюкозы, О2, СО2 в крови.
Пластичными константами называются такие константы, значения которых могут варьировать в довольно широком диапазоне без существенных нарушений физиологических функций. Например, количество и соотношение форменных элементов крови, объем циркулирующей крови, скорость оседания эритроцитов, уровень кровяного давления, температуры, питательных веществ в крови.
Жесткие константы;
Пластичные константы

ГОМЕОКИНЕЗ
– изменение уровня гомеостаза, переход сформировавшейся физиологической системы в новую, стабильную, адекватную условиям среды, а также изменение функций организма, направленные на восстановление гомеостаза.

САМОРЕГУЛЯЦИЯ
Основным механизмом поддержания гомеостаза является саморегуляция.
САМОРЕГУЛЯЦИЯ – это регуляция, при которой отклонение какой-либо физиологической функции или константы внутренней среды от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, является причиной возвращения этой константы к исходному уровню.

Процессы саморегуляции основаны на использовании прямых и обратных связей.
Прямая связь предусматривает выработку управляющих воздействий на основании информации об отклонении константы или действии возмущающих факторов.
Обратная связь предусматривает передачу выходного, регулируемого сигнала о состоянии объекта управления на вход системы. Различают положительную и отрицательную обратные связи.
- положительная обратная связь усиливает управляющее воздействие, способствует формированию новой функциональной системы.
- отрицательная обратная связь ослабляет управляющее воздействие, уменьшает влияние возмущающих факторов, способствует возвращению измененного показателя к стационарному уровню.

СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ
Сеченов И.М. обратил внимание на изменчивость рефлексов головного мозга в зависимости от внутреннего состояния субъектов и факторов окружающей среды.
И.П. Павлов, создавший стройное учение об условных рефлексах, распространил понятие «система» на деятельность целого организма человека как «…саморегулирующуюся, саму себя поддерживающую, восстанавливающую и даже совершенствующую».
А.А. Ухтомский продемонстрировал, что ответы животных на внешние раздражители существенно зависят от формирующихся внутри организма системных доминантных состояний.
1948 - книга Н. Винера «Кибернетика»;
1935 - понятие «ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА» П.К. Анохина

Системный подход
Биологическая система - «упорядоченное множество взаимосвязанных элементов».
Функциональная система – динамически складывающийся саморегулирующийся комплекс центральных и периферических образований, обеспечивающий достижение полезных приспособительных результатов для удовлетворения ведущих потребностей организма.

Существенным отличием теории П.К. Анохина от теории систем являются:
Наличие полезного адаптивного результата, который в функциональных системах является системообразующим фактором и играет решающую роль в объединении множества компонентов в систему, обеспечивающую приспособительную деятельность организма.
Наличие динамической архитектоники, представленной узловыми механизмами с обязательной обратной афферентацией, поступающей в ЦНС от конечного результата ее деятельности.

Архитектоника функциональных систем
Полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональной системы;
Рецепторы результата;
Обратную афферентацию, поступающую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы;
Центральную архитектонику, представляющую избирательное объединение нервных элементов различных уровней в специальные системные механизмы.
Исполнительные соматические вегетативные, гуморальные компоненты, включающие организованное целенаправленное поведение.

Организация различных ФС принципиально одинакова, т.е. построена по принципу изоморфизма.
Отличия ФС обусловлены характером результата.
Многообразие полезных для организма приспособительных результатов может быть сведено к нескольким группам:
1). Метаболические результаты;
2). Гомеостатические результаты;
3). Результаты поведенческой деятельности, удовлетворяющие основные биологические потребности;
4). Результаты поведенческой деятельности, удовлетворяющие социальные потребности человека.

Принципы взаимодействия функциональных систем
Системогенеза - избирательное становление ФС и их отдельных частей в процессе онтогенеза;
Мультипараметрического взаимодействия - взаимодействие разных функциональных систем по их конечным результатам, что нередко определяет их обобщенную деятельность в интересах целого организма;
Иерархическое доминирование функциональных систем. Доминирование отдельных ФС в организме определяется механизмами доминанты и означает, что в каждый данный момент времени деятельностью организма завладевает ведущая ФС, обеспечивающая удовлетворение главной для выживаемости, продления рода или общественного престижа потребности
Последовательного динамического взаимодействия - континуум (последовательность) процессов пищеварения, дыхания, выделения, кровообращения, поведения
Системного квантования жизнедеятельности - процессы гомеостаза и поведения в их континууме расчленяются деятельностью ФС на дискретные элементы (кванты), каждый из которых заканчивается полезным для организма результатом. Например, системокванты дыхания: 1. вдох и поступление воздуха в альвеолы, 2. диффузия газов из альвеол в легочные капилляры, 3. транспорт кислорода к тканям, 4. транспорт газов из капилляров в ткани и из тканей – в кровь, 5. транспорт газов к легким, 6. альвеолярный газообмен, 7. выдох.

По принципу изоморфизма построена центральная архитектоника функциональных систем.
Афферентный синтез;
Принятие решения;
Акцептор результата действия + оценка достигнутого результата;
Эфферентный синтез.