Постоянство превыше всего - ПОСТОЯНСТВО ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ЕСТЬ УСЛОВИЕ СВОБОДНОЙ И НЕЗАВИСИМОЙ ЖИЗНИ - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Изучая эту главу, вы научитесь:

объяснять с точки зрения биологии, почему внутренняя среда так важна для организма и его воспроизводства в ряду поколений, какова роль органов чувств и высшей нервной деятельности в поддержании её постоянства.

Для этого вы должны овладеть следующими умениями:

- характеризовать внутреннюю среду организма и способы поддержания её постоянства (гомеостаза);

- объяснять, как человек узнаёт о том, что происходит в окружающем мире, и какую роль в этом играет высшая нервная деятельность и органы чувств;

- характеризовать особенности строения и функции репродуктивной системы;

- объяснять биологический смысл размножения и причины естественной смерти;

- характеризовать строение и функции органов размножения, элементарные сведения об эмбриональном и постэмбриональном развитии человека.

Использовать в быту элементарные знания основ медицины, чтобы формулировать правила здорового образа жизни и знать симптомы нарушения нормальной жизнедеятельности (болезней).

Для этого вы должны овладеть следующими умениями:

- объяснять наблюдаемые процессы, проходящие в собственном организме.

Оценивать поведение человека с точки зрения здорового образа жизни и действовать в соответствии с ними, чтобы как можно реже болеть.

Для этого вы должны овладеть следующими умениями:

- называть основные правила здорового образа жизни, факторы, сохраняющие и разрушающие здоровье;

- применять свои знания для составления режима дня, правил поведения;

- объяснять вред курения и употребления алкоголя, наркотиков;

- соблюдать правила гигиены;

- соблюдать режим труда и отдыха.

Проверьте себя:

• Как осуществляется взаимосвязь органов в организме человека?

§ 44 - 45. Постоянство превыше всего

Постановка проблемы урока

Факт 1. Летом на солнцепёке нам жарко, а подует ветер, и становится холодно. Но даже при изменении температуры окружающей среды температура тела здоровых людей всегда составляет примерно 36,5 °С.

Факт 2. Трудно найти двух людей, которые питались бы совершенно одинаково: одни любят мясные продукты, другие - фрукты и молоко. Однако, несмотря на пристрастия и разнообразные режимы питания, содержание сахара и многих других веществ в крови у всех здоровых людей оказывается практически одинаковым.

• Что вас удивило? Предложите свой вариант основного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 333).

Повторение необходимых знаний

• Что такое гомеостаз? (Глава 2, вступление)

• Какие системы органов поддерживают состав внутренней среды организма? (Глава 2)

• Как взаимодействуют две основные руководящие системы организма? (§ 21)

Решение проблемы

С помощью текста и рисунков объясните:

• Что общего в регуляции всех процессов в организме?

• Почему одна из рубрик названа “Ода гипотоламусу”?

Мир вокруг нас, наша среда обитания непрерывно меняются. Учитывая то, что организм человека — открытая система, он с удивительной эффективностью противостоит этим изменениям окружающей среды. Постоянство внутренней среды, обеспечивающее выживание, сохраняется благодаря множеству анатомических, физиологических, поведенческих механизмов и приспособлений, называемых гомеостазом, и достигается благодаря особенностям системы управления организмом.

Отрицательная обратная связь - основа любой регуляции

Представьте себе, что вам нужно испечь пирог. От более опытного кулинара вы знаете, что пирог получится вкусным, если температура в духовом шкафу будет во время выпекания постоянной: 200 ⁰С. И вот вы то и дело посматриваете на термометр и, если температура опускается ниже 200 ⁰С, увеличиваете нагрев духового шкафа, а если поднимается выше — уменьшаете. Глядя на термометр, вы получаете информацию о том, к чему привело ваше предыдущее действие, и, не задумываясь, регулируете температуру в духовке по принципу отрицательной обратной связи. Прямая связь - передача сигналов от органа - регулятора к исполнительным органам, обратная — получение органом - регулятором информации о результатах выполнения его команды. Слово “отрицательный” означает, что отклонение значения параметра (в нашем примере - температуры) от заданного значения (200 °С) приводит к противодействию (увеличению или снижению подогрева). Отрицательная обратная связь обеспечивает устойчивость параметров. В условиях организма это поддержание постоянной температуры тела, давления, состава крови и т.д. Этот механизм действует на всех уровнях организации живого организма, начиная с регуляции скорости протекания биохимических реакций и заканчивая формированием сложных форм поведения.

44.1. Схема отрицательной обратной связи

Регуляция уровня глюкозы

44.2. Уровень глюкозы в крови контролируется эндокринной системой с помощью целого каскада гормонов и двух петель отрицательной обратной связи

Ода гипоталамусу

Задача систем органов, участвующих в гомеостазе, — препятствовать отклонениям от наиболее благоприятных для клеток условий, вызванных изменениями внешней и внутренней среды. Главную роль в регуляции механизмов гомеостаза играют конечно же нервная и эндокринная системы, работающие в тесном контакте друг с другом. Центральная структура в этом взаимодействии, главное звено многих цепей обратной связи — гипоталамус. Он получает информацию о событиях во внутренней среде организма. Окружённые сетью кровеносных сосудов, клетки гипоталамуса непрерывно проводят анализ крови, следят за концентрацией продуктов обмена веществ, гормонов в крови, её температурой. В других участках гипоталамуса лежат специальные центры, от которых зависят чувства голода и жажды, сон, а также поведенческие реакции. Он чутко улавливает сигналы о любых изменениях в окружающем мире и внутренней среде и на основании получаемой информации вместе с расположенным под ним гипофизом регулирует секрецию большинства гормонов и поддерживает постоянство состава крови и тканей. Многие системы органов безоговорочно подчиняются этому “диктатору”. В его распоряжении не только “пульт управления” эндокринной системой и собственные регуляторы водно-солевого баланса, обмена веществ, но и через продолговатый и спинной мозг команды гипоталамуса передаются вегетативной нервной системе, которая регулирует сердечный ритм, кровяное давление, дыхание, тонус мышц и сосудов и т.д. Таким образом, гипоталамус можно назвать высшим органом сохранения постоянства внутренней среды.

Регуляция артериального давления

44.3. Сокращением мышц стенок сосудов управляет сосудодвигательный центр продолговатого мозга. Датчики давления и химического состава крови информируют сосудодвигательный центр о давлении в кровеносной системе и количестве кислорода и углекислого газа в крови. В зависимости от получаемой информации нейроны сосудодвигательного центра посылают команду о напряжении или расслаблении стенок артериол

Симпатическая нервная система и адреналин вызывают резкое сокращение гладкой мускулатуры артерий внутренних органов, и уменьшение просвета этих

сосудов при водит к подъему артериального давления. Но на сосуды головного мозга и скелетных мышц эти сигналы не оказывают никакого влияния. В связи с этим при эмоциональных и физических нагрузках общее артериальное давление значительно возрастает, кровоснабжение мозга и мышц улучшается — и это помогает нам преодолевать трудности.

Артериальное давление и работа почек

Почки очищают плазму крови от продуктов обмена веществ и избирательно удаляют избыточную воду и многие вещества, когда их концентрация нарушает постоянство внутренней среды организма. Концентрация солей всегда поддерживается на определённом уровне, поэтому при задержке солей в организме задерживается и вода, что, в свою очередь, приводит к чрезмерному увеличению объёма крови и повышению артериального давления. В предсердиях есть рецепторы, которые активируются в случае увеличения объёма крови. В ответ на это клетки, расположенные в стенках самого предсердия, выделяют гормон, действующий на почечные канальцы и ускоряющий выведение солей.

Относительную концентрацию солей в плазме регулируют и нейроны гипоталамуса: если концентрация превышает определённый уровень, крупные сосуды гипоталамуса выделяют антидиуретический гормон, который переходит из их аксонов прямо в венозную кровь задней доли гипофиза. С кровью антидиуретический гормон достигает клеток почечных канальцев и собирательных трубочек и снижает их проницаемость для воды, что приводит к задержке жидкости в организме и снижению концентрации солей в плазме крови.

Для нормальной фильтрации жидкости в почечной капсуле и канальцах необходимо поддержание определённого уровня давления в почечных капиллярах. Повышение артериального давления приводит к повышению давления в капиллярах клубочка и увеличивает скорость клубочковой фильтрации. Количество выделяемой почками мочи возрастает, объём крови уменьшается, артериальное давление снижается. При снижении артериального давления идёт обратный процесс: скорость клубочковой фильтрации падает, количество мочи уменьшается, объём крови увеличивается, артериальное давление возрастает.

Когда артериальное давление снижается очень сильно, например, при большой потере крови, описанного механизма оказывается недостаточно. В этом случае активируются специальные клетки почек, выделяющие в кровь гормон ренин. Он запускает целую цепочку химических превращений, в результате которых образуется вещество ангиотензин, вызывающее сокращение мускулатуры сосудов, большое повышение кровяного давления и сильную жажду.

Регуляция работы почек

Практически все гормоны, так или иначе управляющие обменом веществ, влияют на работу почек.

Например, альдостерон сохраняет в крови ионы натрия и воду и увеличивает выведение ионов калия и водорода клетками почечных канальцев. Действие паратгормона приводит к повышению концентрации ионов кальция в плазме крови и активизации выведения фосфатов с мочой. Тироксин усиливает обменные процессы, в результате чего в моче возрастает количество азотистых веществ.

Работой почек управляет и вегетативная нервная система. Раздражение симпатических нервов приводит к сохранению в крови натрия и воды, раздражение парасимпатических волокон, идущих в составе блуждающих нервов, — к выведению из организма органических кислот. Известно также, что при болевом раздражении, волнении, стрессе под влиянием вегетативной нервной системы резко уменьшается или вовсе прекращается мочеотделение. Но всё же влияние нервной системы на работу почек существенно меньше, чем многообразное влияние гормонов.

Жажда

Мы уже не раз говорили о том, что концентрация солей во внутренней среде организма должна быть постоянной, поэтому важно, чтобы количество воды в организме не зависело от внешних условий. Например, для человека весом 70 кг содержание воды в жару и на морозе отличается всего на 150 г в ту или иную сторону. Если содержание воды понизится на 350 г, то повысится концентрация солей в крови. Многочисленные рецепторы гипоталамуса, активирующиеся при повышении концентрации солей в крови и при утрате клетками воды, — чувствительный аппарат жажды. В организме наступает режим экономии воды: уменьшается количество слюны, высыхают слизистые оболочки рта. Возникает жажда.

Терморегуляция

Температура в жизни организма играет огромную роль. Многие процессы, например, работа ферментов, возможны только в определённом температурном диапазоне. Для поддержания постоянной температуры тела необходимы высокая интенсивность обмена веществ и эффективные способы регуляции теплоотдачи с поверхности тела.

Большой орган, находящийся в тесном непосредственном контакте с внешней средой и испытывающий на себе изменения её температуры, — кожа. Это основной орган терморегуляции организма. Потеря тепла кожей зависит от количества протекающей через неё крови. При слабом кровотоке температура кожи приближается к температуре окружающей среды, при сильном — к температуре внутренних областей тела.

Механизмы терморегуляции активируются сигналами терморецепторов кожи и раздражением клеток центра терморегуляции, расположенного в гипоталамусе. Нервные центры, регулирующие температуру тела, находятся в передней части гипоталамуса. Импульсы нейронов от этих центров направляются к другим областям этой структуры, которые регулируют интенсивность образования и отдачи тепла. При падении температуры крови ниже нормальной возрастает интенсивность клеточного обмена веществ и в тканях образуется больше тепла. В то же время кровеносные сосуды кожи сжимаются, снижается передача тепла коже и уменьшается его излучение с её поверхности (рис. 44.4). Степень сокращения сосудов регулируется симпатическими сосудодвигательными нервами, идущими от сосудодвигательного центра головного мозга, который получает импульсы от гипоталамуса.

44.4. Схема терморегуляции

Если принятые меры не приводят к достаточному повышению температуры, включается сложный механизм, который вызывает быстрое циклическое сокращение и расслабление некоторых мышц. Это состояние мы называем дрожью. При работе мышц выделяется много тепла, согревающего тело. Если же температура крови, поступающей в гипоталамус, оказывается выше нормальной, его сигналы вызывают расширение сосудов кожи. Согреваемая кровью кожа излучает тепло наружу, кроме того, кровь в большем количестве протекает через потовые железы и вызывает потоотделение.

Пот образуется потовыми железами из тканевой жидкости. Этот процесс также регулируется нейронами гипоталамуса. У человека потоотделение начинается при небольшом повышении температуры тела, примерно при 36,7 ^оС. Испарение пота с поверхности кожи отнимает у организма очень много тепла.

Благодаря таким механизмам температура тела сохраняется постоянной независимо от температуры внешней среды.

Формулирование вывода

Механизм отрицательной обратной связи обеспечивает устойчивость параметров внутренней среды организма. Центральная структура гомеостаза - гипоталамус.

Гомеостаз, отрицательная обратная связь

Применение знаний

1. Какова взаимосвязь между регулирующей и регулируемой системой организма?

2. Какую роль играет гипоталамус в регуляции постоянства внутренней среды организма?

3. Приведите примеры регуляции любого процесса в организме. Покажите роль гипоталамуса и других управляющих систем в нём.

4. Что такое отёк тканей? Опишите возможные механизмы его образования.

5. Вы долго гуляете в морозный день. Ваши щёки сначала стали румяными, а затем побледнели. Объясните почему.

6. Вернитесь к другим системам, регуляция работы которых рассмотрена раньше, и найдите там механизм обратной связи.

7. В прогнозах погоды часто указывают температуру комфорта, то есть температуру воздуха по ощущению одетого по сезону человека. В случае ожидаемой ветреной погоды она отличается от предсказываемой абсолютной температуры воздуха. Почему?

8. Поработайте в паре: пусть один называет какой- нибудь процесс в организме, а другой - механизм его регуляции. В случае успешного ответа поменяйтесь ролями.