Основные принципы регуляции физиологических функций

При изменении состояния организма, отличающегося от нормы или приближающегося к предельным границам гомеостаза, развивается деятельность, возвращающая организм в обычный режим. Такой механизм называется отрицательной обратной связью. Например, при колебаниях уровня глюкозы в крови выше или ниже нормы изменяется работа почек, кишечника, желез внутренней секреции, что приводит к сглаживанию этих колебаний и сохранению постоянного содержания глюкозы в крови. По принципу отрицательной обратной связи регулируются температура тела, артериальное давление, секреция многих эндокринных желез и другие функции организма.

Наряду с отрицательной возможна и положительная обратная связь. В этом случае процесс, уже начавшийся в организме, сам себя усиливает. Так, после приема пищи начинается выделение желчи в просвет кишечника. В состав желчи входят желчные кислоты, которые синтезируются в печени. Попав в кишечник, желчные кислоты объединяются с жирными кислотами, всасываются в кровь и освобождаются от них. Но, оказавшись в крови, желчные кислоты усиливают синтез и выделение желчи в кишечник. Таким образом, сама желчь является желчегонным средством.

Обратная связь — положительная и отрицательная — улавливает и компенсирует те отклонения, которые уже возникли в организме, или произошло рассогласование между физиологическими параметрами, свойственными данному организму, и фактическими их значениями. Пользуясь терминами кибернетики — науки об управлении и автоматическом регулировании систем, обратная связь функционирует на выходе системы, по сути, это — восстановление измененных свойств организма.

Между тем в организме имеются регуляторные механизмы, способные предотвратить какие-либо нежелательные отклонения. Но для этого следует уловить сигнал «тревоги», раздражения, превышающий допустимое значение. Что делает собака, лизнув горчицу (так отучают иногда собак брать корм из чужих рук)? Выплевывает корм, у нее усиливается слюноотделение, она пытается очистить рот лапой. В этом случае вкусовые рецепторы вовремя отреагировали на поступившую информацию и осуществился ряд реакций, не допустивших попадание несвойственной собаке пищи (горчицы) в желудок. Такой принцип регуляции называется регуляцией «на входе» системы или регуляцией «по возмущению» сигнала.

Оба принципа регуляции — на входе и на выходе — обычно проявляются во взаимодействии и имеют либо защитный, либо компенсаторный характер. В качестве примера рассмотрим механизмы управления теплорегуляцией. В зимнее время в самые лютые морозы температура крови и внутренних органов у животных остается такой же, как летом, — около 38…40 °С. Перепад же температур с окружающим воздухом оказывается почти 100 °C. Каким образом достигается температурный гомеостаз? Вначале реагируют на низкую температуру наружного воздуха кожные рецепторы.

(терморецепторы) и запускают компенсаторные реакции, которые увеличивают образование теплоты в организме и ограничивают ее отдачу в пространство. Это регуляция «по возмущению», т. е. на входе системы. Если эти механизмы не удерживают температуры тела в нормальных границах и температура крови начнет снижаться, то терморегуляция будет осуществляться по принципу отрицательной обратной связи: снижение температуры крови приведет к возбуждению терморецепторов кровеносных сосудов и это вызовет дополнительные реакции, также направленные на сохранение постоянной температуры тела (усиление обмена веществ, мышечная дрожь, ограничение теплоотдачи).

Итак, для любой регуляторной реакции необходимо:

1. Наличие в тканях и органах «датчиков», реагирующих либо на внешние сигналы (из окружающей среды), либо на изменения гомеостатических параметров организма. Такими датчиками являются рецепторы — чувствительные нервные окончания.

Под рецепторами также понимают особые молекулы, встроенные в биологические мембраны и обладающие избирательной чувствительностью к определенным химическим веществам, например к медиаторам или гормонам. Клеточные рецепторы передают информацию внутрь клеток.

• 2. Наличие механизма «сличения», или сопоставления полученной от рецепторов информации и тех гомеостатических показателей, которые свойственны, запрограммированы данному организму. За эти процессы отвечает центральная нервная система.
• 3. Наличие механизмов, предотвращающих изменения гомеостаза или возвращающих их в физиологические границы. Это функция различных систем организма: пищеварения, кровообращения, дыхания, выделения, движения и др.