Взаимодействие регуляторных систем в организме

Жизнедеятельность организма находится под постоянным воздействием многочисленных возмущающих факторов. Реакция, которая является ответом на то или иное воздействие, как правило, не ограничивается одной системой. В ней участвуют все системы организма в целом, поскольку эта реакция — результат целого ряда сложных и взаимосвязанных процессов регулирования, направленных на сохранение устойчивого состояния. В результате этого взаимодействия функциональный уровень организма претерпевает постоянные изменения.

Взаимодействие регуляторных систем легче всего можно проследить, если вывести организм нз состояния равновесия, воздействуя на него сверхфизиологическим стимулом. При этом в организме происходят разнообразные изменения, среди которых часто можно отметить мобилизацию адреналина, АКТГ, кортикостероидов, гипергликемию, усиление белкового и жирового катаболизма, глюконеогенез, появление нефосфорилирующегося окисления и усиление гликолитических процессов, изменение механизмов теплообразования и теплоотдачи, перераспределение кровотока, изменение объема циркулирующей крови, выброс в кровоток недоокисленных продуктов обмена, уменьшение буферной емкости крови, изменение фильтрационной функции почек, усиление сердечно-сосудистой деятельности и дыхания и т. д.

После устранения возмущающего фактора энергетические потребности удовлетворяются новыми значениями объемной и линейной скорости кровотока, частоты и глубины дыхания, увеличенной доставкой клеткам организма энергетических субстратов, витаминов, гормонов, микроэлементов, электролитов и т. д. При этом в случае продолжающегося воздействия равновесное состояние может установиться на новом, более высоком или более низком функциональном уровне.

Разнообразные процессы в организме согласованы между собой, взаимосвязаны и взаимозависимы. Так, усиление теплообразования влечет за собой увеличение эффективной теплоотдачи, дополнительная емкость сосудистой системы заполняется мобилизованной из депо кровью. Режимы кровотока и альвеолярной вентиляции изменяются так, что создаются новые условия газообмена. Увеличенная концентрация калия крови, которая неблагоприятно сказывается на деятельности сердца, снижается. почечной фильтрацией. Увеличение скорости кровотока по капиллярам благоприятствует возросшей интенсивности клеточного окисления и т. д.

Наиболее сложным и интересным является вопрос о том, каким образом после воздействия возмущающего фактора обеспечивается некоторое новое, равновесное состояние системы.

Возмущение может привести к полной дезорганизации организма. Однако регуляторные системы осуществляют непрерывный контроль состояния функций и воздействуют на них, предотвращая недопустимые отклонения переменных. При этом может отмечаться как усиление, так и ослабление некоторой регулируемой функции. Например, механизмы конвекции, радиации и потоотделения усиливают эффективность теплоотдачи. Вентиляция и почечная функция уменьшают концентрацию водородных ионов крови, вымывание из клетки субстрата тормозит скорость взаимодействия фермент— субстрат (см., например, работу М. Диксон и Э. Уэбб, 1961).

Интенсивность клеточного окисления изменяется в зависимости от ферментативной системы, субстратов, подлежащих окислению, конечных продуктов окисления, температуры клетки, рН, напряжения кислорода (/Юг). Уровень р02 клетки зависит от р02 крови, клеточного орошения, линейной скорости кровотока. Напряжение кислорода в артериальной крови зависит от насыщения крови кислородом рН, рС02, концентрации электролитов и температуры крови. В свою очередь эти показатели зависят от функции сердца, режимов вентиляции и т. д.

Таким образом формируется единый комплекс причинно-следственных отношений многоконтурной, гомео-статической 'системы, где каждая причина одновременно является и следствием, а выходные переменные одних подсистем одновременно служат входными 'Сигналами для других подсистем.

Этот комплекс можно представить как совокупность опосредованных воздействий, когда каждая переменная оказывает прямое или косвенное влияние на любую другую переменную. Естественно, что в различных ситуациях это влияние проявляется по-разному. В условиях физиологического покоя деятельность всех систем организма тонко согласована: одно и то же количество кислорода поступает через альвеолы в артериальную кровь, переносится кровью к тканям. При этом все системы находятся «в равных условиях», ни одна из них не препятствует работе других, они работают как бы звеньями одной цепи, поэтому столь удачен термин «кислородная эстафета» в применении к так называемой системе регулирования кислородного режима (А. 3. Колчинская и др., 1966). Аналогичные «цепи» можно выделить и для других субстратов — глюкозы, солей, белков и др. Такая же последовательность реакций может быть рассмотрена и для тепловой энергии.

Все эти цепи образуют единый комплекс, в котором они тесно (переплетаются, имеют часто общий материальный переносчик (например, кровь или лимфу), локализуясь пространственно в одних и тех же тканях тела, иногда используя одни и те же структуры. При всем этом в условиях покоя возмущающее влияние одной системы на другую сводится к минимуму. Практически они функционируют, не пересекаясь, независимо друг от друга. Так, в условиях комфорта система терморегуляции не оказывает возмущающего действия на дыхание и кровообращение и в свою очередь не испытывает влияния с их стороны.

Конечно, взаимодействие систем не прекращается ни в каких условиях и небольшое по величине влияние на данную систему со стороны остальных систем как раз и позволяет всем системам, почти не изменяя своего состояния, сохранять согласованность функционирования.

Аналогичная ситуация наблюдается и в теории автоматического регулирования при исследовании сложных (так называемых многосвязных) систем регулирования. Оказывается, что если в таких системах требуется изменить какой-нибудь выходной сигнал на заданную величину, то этого можно достигнуть либо большим, грубым изменением одного из входных сигналов этой системы, либо небольшими изменениями одновременно нескольких входных сигналов (Э. Мишкин и Л. Браун, 1961).

Если в условиях физиологического покоя все системы регуляции выступают на равных правах, действуют независимо, как бы изолированно, то в стрессовых условиях системы регуляции оказываются иногда в очень сложных взаимоотношениях. При этом 'буферные механизмы, изолирующие системы друг от друга, исчерпываются, и возникают эффекты непосредственного возмущающего действия одних систем на другие — эффекты иерархических влияний, доминирования, конкурентных взаимоотношений. Это иллюстрируется примером взаимодействия систем регулирования артериального давления и терморегуляции. Деятельность первой в экстремальных условиях может быть направлена на сужение сосудов кожи, второй—на расширение. При интенсивной нагрузке в условиях высокой температуры окружающей среды преобладает действие системы терморегуляции, что может иногда приводить к тепловому коллапсу (Г. Хензель, 1960).

Иммунитет — это физиологическая функция, которая обеспечивает устойчивость организма к действию чужеродных антигенов. Иммунитет человека делает его невосприимчивым ко многим бактериям, вирусам, грибкам, глистам, простейшим, различным ядам животных, обеспечивает защиту организма от раковых клеток. Задачей иммунной системы является распознавать и разрушать все чужеродные структуры.

Рис.

Иммунная система является регулятором гомеостаза. Эта функция осуществляется за счет выработки аутоантител, которые, например, могут связывать избыток гормонов.

Иммунологическая реакция, с одной стороны, является неотъемлемой частью гуморальной, так как большинство физиологических и биохимических процессов осуществляется при непосредственном участии гуморальных посредников. Однако нередко иммунологическая реакция носит прицельный характер и тем самым напоминает нервную регуляцию. Интенсивность иммунного ответа, в свою очередь, регулируется нейрофильным способом. Работа иммунной системы корректируется мозгом и через эндокринную систему. Такая нервная и гуморальная регуляция осуществляется с помощью нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов. Промедиаторы и нейропептиды достигают органов иммунной системы по аксонам нервов, а гормоны выделяются эндокринными железами не­родственно в кровь и таким образом доставляются к органам иммунной системы.

Рис.

Физиологические процессы в организме человека согласованно протекают благодаря существованию определенных механизмов их регуляции. Регуляция различных процессов в организме осуществляется с помощью нервного и гуморального механизмов.

Гуморальная регуляция осуществляется с помощью гуморальных факторов (гормонов), которые разносятся кровью и лимфой по всему организму.