Что образуют функциональную и физиологическую систему. Физиологические и функциональные системы: их надежность и возрастная динамика. Система органов кровообращения

В организме человека существуют следующие физиологические системы (костная система, мышечная, кровеносная, дыхательная, пищеварительная, нервная, система крови и др.).

Кровь представляет собой жидкую ткань, которая циркулирует в кровеносной системе и обеспечивает жизнедеятельность клеток и тканей организма в качестве физиологической системы. Она состоит из плазмы и ферментных элементов:

эритроцитов – красные кровяные клетки, заполненные гемоглобином, который способен образовать соединение с кислородом и транспортировать его из легких к тканям, а из тканей переносить углекислый газ к легким, таким образом осуществляет дыхательную функцию. Продолжительность жизни в организме 100-120 дней. В 1 мл крови содержится 4.5 –5 млн. эритроцитов. У спортсменов достигает 6 млн. и более.

Лейкоциты белые кровяные тельца, выполняют защитную функцию, уничтожая кислородные тела. В 1 мл – 6-8 тыс.

Тромбоциты участвуют в свертывании крови, в 1 мл – от 100-300 тыс.

Постоянство крови поддерживается химическими механизмами самой крови и контролируются регуляторными механизмами ЦНС. Лимфа крови выполняет следующие функции: возвращает белки из межтканевого пространства в кровь, доставляет жиры к клеткам тканей, а также участвует в обмене веществ и удаляет болезнетворные микроорганизмы. Общее количество крови составляет 7-8% массы тела, в покое 40-50%.

Потеря 1/3 крови опасна для жизни человека. Различают 4 группы крови (I-II-III-IV).

Сердечно-сосудистая система

Сердечно-сосудистая система состоит из большого и малого круга кровообращения. Левая половина сердца обслуживает большой круг кровообращения, правая – малый. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца, проходит через ткани всех органов и возвращается в правый желудочек. Откуда начинается малый круг кровообращения, который проходит через легкие, где венозная кровь, отдавая углекислый газ и насыщается кислородом, превращается в артериальную и направляется в левое предсердие. Из левого предсердия кровь поступает влевый желудочек и от туда вновь в большой круг кровообращения. Деятельность сердца заключается в ритмичной смене сердечных циклов, которые состоят из трех фаз: сокращение предсердия, желудочков и общего расслабления.

Пульс – это волна колебаний при выбросе крови в аорту. В среднем частота пульса 60-70 уд/мин. Существуют 2 вида кровяного давления. Оно измеряется в плечевой артерии. Максимальное (систолическое) и минимальное (дистолическое). У здорового человека в возрасте от 18 до 40 лет в покое равно 120/70 мм рт. ст.

Дыхательная система включает в себе носовую полость, гортань, трахею, бронхи и легкие. Процесс дыхания – это целый комплекс физиологических и биохимических процессов, в процессе дыхания также участвует и система кровообращения. Этап дыхания, при котором кислород из атмосферного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови – в атмосферный воздух называется внешним. Перенос газов кровью – следующий этап и, наконец, тканевое (или внутреннее) дыхание: потребление клетками кислорода и выделение ими углекислоты, как результат биохимических реакций, связанных с образованием энергии.

Пищеварительная система состоит из ротовой полости, слюнных желез, глотки, пищевода, желудочка, тонкого и толстого кишечника, печени и поджелудочной железы. В этих органах пища механически и химически обрабатывается, переваривается, и образуются продукты пищеварения.

Выделительную систему образуют почки, мочеточники и мочевой пузырь, которые обеспечивают выделение из организма с мочой вредных продуктов обмена веществ. Продукты обмена выделяются через кожу, легкие, желудочно-кишечный тракт. С помощью почек поддерживается кислотно-щелочное равновесие, т.е. процесс гомеостаза.

Нервная система состоит из центральной (головной и спинной мозг) и периферических отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на периферии нервных узлов). ЦНС регулирует деятельность человека, а также его психическое состояние.

Спинной мозг лежит в спинно-мозговом отделе, образованном позвонками. Первый шейный позвонок – граница верхнего отдела, второй поясничный нижний отдел спинного мозга. Спинной мозг делится на 5 отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый, копчиковый. В спинном мозге имеется 2 вещества. Серое вещество образовано скоплением тел нервных клеток (нейронов), которые достигают различных рецепторов кожи, сухожилий, слизистых оболочек. Белое вещество окружает серое, которое связывает между собой нервные клетки спинного мозга.

Спинной мозг выполняет рефлекторную и проводниковую для нервных импульсов функции. Поражения спинного мозга влекут за собой различные нарушения, связанные с выходом из строя проводниковой функции.

Головной мозг представляет собой огромное количество нервных клеток. Он состоит из переднего, промежуточного, среднего и заднего отдела.

Кора больших полушарий является высшим отделом ЦНС, мозговая ткань потребляет в 5 раз больше кислорода, чем мышцы. Составляет 2% массы тела человека.

Вегетативная нервная система – это специализированный отдел нервной системы, регулируемый корой больших полушарий. В отличии от соматической нервной системы, которая регулирует скелетную мускулатуру, вегетативная нервная система регулирует дыхание, кровообращение, выделение, размножение, железы внутренней секреции. Вегетативная система подразделяется на симпатическую, которая контролирует деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения и др., участвует в формировании эмоциональных реакций(страх, гнев, радость), и парасимпатической нервной системы и под контролем высшего отдела ЦНС. Способность организма приспосабливаться к меняющимся условия внешней среды, реализуется специальными рецепторами. Рецепторы подразделяются на 2 группы: внешние и внутренние. Высшим отделом анализатора является корковый отдел. Существуют следующие анализаторы (кожный, двигательный, вестибулярный, зрительный, слуховой, вкусовой, висцеральный – внутренние органы). Железы внутренней секреции или эндокринные железы вырабатывают особые биологические вещества – гормоны. Гормоны обеспечивают гуморальную регуляцию через кровь физиологических процессов в организме. Они могут ускорять рост, физическое и психическое развитие, участвовать в обмене веществ. К железам внутренней секреции относят: щитовидную, околощитовидную, надпочечники, поджелудочную, гипофиз, половые железы и другие, функцию эндокринной системы регулирует ЦНС.

Орган — это часть тела, имеющая определенную форму и строение, выполняющая специфическую функцию. Органы образованы различными типами тканей, но только одна из них является главной, ведущей, рабо-чей. Например, для мозга - это нервная ткань, для мышц — мышечная, для желез — эпителиальная.

Другие ткани, присутствующие в органе, выполняют вспомогательную функцию . Так, эпителиальная ткань выстилает слизистые оболочки органов пищеварительной, дыхательной систем и мочеполового аппарата, а соеди-нительная ткань осуществляет опорную и питательную функции, образует соединительнотканный остов органа, мышечная ткань принимает участие в образовании стенок полых органов.

Органы являются компонентами более сложных физиологических систем.

Выделяют системы и аппараты органов. Систему органов составляют органы, выполняющие общую функцию, имеющие единое происхождение и общий план строения. К таким системам относятся пищеварительная, дыхательная, сердечно-сосудистая, лимфатическая и другие. Например, пищеварительная система имеет вид трубки с расширениями или сужени-ями в определенных местах, развивается из первичной кишки и выполняет функцию пищеварения. Печень, поджелудочная железа, большие слюнные железы являются выростами эпителия пищеварительной трубки.

В отличие от физиологических систем, аппараты органов представля-ют собой органы, связанные единой функцией, но имеющие разное строение и происхождение. Например, опорно-двигательный аппарат.

Системы и аппараты органов образуют целостный человеческий орга-низм, они взаимосвязаны и взаимозависимы, а протекающие в них процессы являются согласованными.

Различают следующие физиологические системы и аппараты органов:

1. Опорно-двигательный аппарат.

2. Пищеварительная система.

3. Кровеносная (сердечно-сосудистая) система.

4. Лимфатическая система.

5. Иммунная система.

6. Дыхательная система.

7. {C} Выделительная система.

Кожа - орган выделения

8. Половая система.

9. Эндокринная система.

10. Нервная система.

Библиография:

1. Л.В. Высоцкая, Г.М.Дымщиц, Е.М.Низовцев. Общая биология. - М.: Научный мир, 2001.

2. М.Ю.Матяш, Н.М.Матяш. Биология. Учебник для 9 класса общеобразовательных учебных заведений. - К.: Перун, 2009

Весь организм здорового или больного человека, отдельные органы его и системы, в частности органы кровообращения, постоянно реагируют на различные раздражения, поступающие из окружающего и внутреннего мира. При этом формируются приспособительные реакции, которые в определенный момент бывают полезными для отдельных органов и для организма в целом, а затем могут превращаться в патологические и требовать коррекции.

Функциональные системы организма , согласно П.К. Анохину, образуются на молекулярном, гомеостатическом и поведенческом уровне, как взаимодействие элементов в достижении общих полезных результатов для систем и органов. В каждом отдельном элементе функциональной системы проявляются свойства и состояния конечного приспособительного результата, полезного для организма.

Многочисленные потоки нервных сигналов и специальных информационных молекул (олигопептиды, иммунные белковые комплексы, жирные кислоты, простагландины и др.) все время информируют мозг о состоянии разных тканей и происходящих в них метаболических изменениях. Распространяясь из мозга, нервные сигналы и информационные молекулы оказывают, в свою очередь, регулирующие влияния на тканевые процессы. Информация, таким образом, все время циркулирует в динамической организации различных функциональных систем - от потребности к ее удовлетворению.

Вследствие взаимодействия функциональных систем организма любое заболевание всегда сопровождается изменениями в других органах и соматических структурах.

Патологические изменения в одном органе способствуют появлению изменений в функционально связанных с ним органах и тканях, преимущественно иннервируемых одними и теми же сегментами спинного мозга. В зоне иннервации сегмента выявляют области кожной гипералгезии, мышечное напряжение, болезненность надкостницы, нарушение движения в соответствующем сегменте позвоночника. Однако рефлекторное воздействие не ограничивается одним-единственным сегментом. Патологические изменения могут появляться в соматических и висцеральных структурах, иннервируемых из других сегментов спинного мозга.

На уровне сегмента спинного мозга может происходить интрасегментарная обработка ноцицептивного сигнала. В результате активации полимодальных клеток возможны перетоки болевых сигналов на нейроны различного назначения - моторные, вегетативные и др. В результате этого устанавливаются функциональные связи: висцеро-моторные, дермато-моторные, дерма-то-висцеральные, висцеро-висцеральные, моторно-висцеральные - часто имеющие патологический характер. Кроме того, афферентные сигналы,поступающие в центральную нервную систему из очага поражения, могут оказывать более генерализованные реакции за счет нарушения нейрогумо-ральной регуляции.

Висцеро-соматические отношения, учитывая взаимосвязи различных функциональных систем организма, могут быть представлены механизмами нерефлекторного и рефлекторного взаимодействия.

Следствие нерефлекторного висцеро-соматического взаимодействия - дестабилизация механизмов обработки сенсорных сигналов на входе в сегментарный аппарат, ирритация нейрогенных групп заднего рога спинного мозга и возбуждение сенсорных каналов кожи, связок, мышц, фасций. В результате формируются зоны гипералгезии (зоны Захарьина-Геда) в соответствующем дерматоме, миотоме, склеротоме. Боль обычно не интенсивная, основана на метамерном соответствии пораженного органа и других структур, локализуется в области одного метамера, не сопровождается локальным гипертонусом миофасциальных структур. Она существует короткий отрезок времени, после чего исчезает, либо трансформируется в боль, имеющую рефлекторный механизм, который в свою очередь является базой формирования миофасциальных триггерных точек.

К рефлекторным механизмам висцеро-соматического взаимодействия относятся висцеро-моторные, висцеро-склеротомные, висцеро-дерматомные и моторно-висцеральные взаимодействия.

Висцеро-моторные взаимовлияния при острых заболеваниях внутренних органов сопровождаются формированием интенсивного ноцицептивного афферентного потока и мышечного дефанса.

Хроническая патология внутренних органов отличается минимальным ноцицептивным афферентным потоком и формированием миофасциального гипертонуса, при котором имеется локализованная болезненность различной интенсивности, местное уплотнение мышцы (особенно в тонической пара-вертебральной мускулатуре).

При висцеро-склеротомном взаимодействии склеротомные триггерные механизмы формируются в результате рефлекторного процесса в фасциях, связках, надкостнице. Эти изменения образуются медленнее, чем в мышцах.

Моторно-висцеральное взаимодействие осуществляется благодаря перетоку информации от опорно-двигательного аппарата к внутреннему органу. При этом формируется проприоцептивное взаимодействие в пределах сегмента (через гуморальную, эндокринную и нервную системы), далее - в ретикулярной формации ствола головного мозга, в лимбической системе, в гипоталамусе и др. Поскольку афферентные входы строго сегментированы, а выход «рассеян» (мультипликация афферентов), то дисфункция трофических вегетативных центров сказывается на значительной области.

Анатомические соотношения сегментов спинного мозга , дерматомов, мышц и внутренних органов дают основание предполагать, что определенные участки поверхности тела (кожа, подкожная клетчатка, мышцы, соединительная ткань), при посредстве нервной системы, связаны с определенными внутренними органами. Поэтому во всякий патологический процесс на поверхности тела включается и соответствующий внутренний орган. И наоборот: при всяком поражении внутреннего органа в процессе принимают участие и покровные ткани, соответствующие определенному сегменту, устранение патологических изменений в которых необходимо для повышения эффективности лечения.

Мышечная система обладает высокой реактивностью и реагирует на любые внешние и внутренние раздражители прежде всего напряжением, за которым следуют изменения тонуса связочного аппарата, фасций, кожи. Коррекцию этих патологических изменений осуществляют с помощью физических упражнений и массажа . Выбор методики массажа, видов физических упражнений, интенсивности нагрузки зависит от функционального состояния пациента, патологических морфологических и физиологических изменений, характерных для данного заболевания, а также от биохимических процессов в организме, протекающих при выполнении физических тренировок.

Физиологические системы организма - костная (скелет человека), мышечная, кровеносная, ды­хательная, пищеварительная, нервная, система крови, желез внут­ренней секреции, анализаторов и др.

Кровь - жидкая ткань, циркулирующая в кровеносной системе и обеспечивающая жизнедеятельность клеток и тканей организма в качестве органа и физиологической системы. Она состоит из плазмы (55-60%) и взвешенных в ней форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и других веществ (40-45%) и имеет слабощелочную реакцию (7,36 РН).
Общее количество крови составляет 7-8% массы тела человека. В покое 40-50% крови выключено из кровообращения и находится в «кровяных депо»: печени, селезенке, сосудах кожи, мышцах, легких. В случае необходимости (например, при мышечной работе) запасной объем крови включается в кровообращение и рефлекторно направля­ется к работающему органу. Выход крови из «депо» и ее перераспре­деление по организму регулируется центральной нервной системой (ЦНС).
Потеря человеком более 1/3 количества крови опасна для жизни. В то же время уменьшение количества крови на 200-400 мл (донор­ство) для здоровых людей безвредно и даже стимулирует процессы кроветворения. Различают четыре группы крови (I, II, III, IV). При спасении жизни людей, потерявших много крови, или при некоторых заболеваниях делают переливание крови с учетом группы. Каждый че­ловек должен знать свою группу крови.
Сердечно-сосудистая система. Сердце - главный орган кровеносной системы - представляет собой полый мышечный орган, совершаю­щий ритмические сокращения, благодаря которым происходит про­цесс кровообращения в организме. Сердце - автономное, автомати­ческое устройство. Однако его работа корректируется многочисленны­ми прямыми и
обратными связями, поступающими от различных ор­ганов и систем организма. Сердце связано с центральной нервной сис­темой, которая оказывает на его работу регулирующее воздействие.
Сердечно - сосудистая система состоит из большого и малого круга кровообращения. Левая половина сердца обслуживает большой круг кровообращения, правая – малый.
Пульс - волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту под давлением при сокращении левого желудочка. Часто­та пульса соответствует частоте сокращений сердца. Частота пульса в покое (утром, лежа, натощак) оказывается ниже из-за увеличения мощности каждого сокращения. Урежение частоты пульса увеличива­ет абсолютное время паузы для отдыха сердца и для протекания про­цессов восстановления в сердечной мышце. В покое пульс здорового человека равен 60-70 удар/мин.
Кровяное давление создается силой сокращения желудочков сердца и упругостью стенок сосудов. Оно измеряется в плечевой артерии. Различают максимальное (систолическое) давление, которое создается во время сокращения левого желудочка (систолы), и минимальное (диастолическое) давление, которое отмечается во время расслабления левого желудочка (диастолы). В норме у здорового человека в возрасте 18-40 лет в покое кровяное давление равно 120/70 мм ртутного ст. (120 мм систолическое давление, 70 мм - диастолическое). Наибольшая величина кровяного давления наблюдается в аорте. По мере удаления от сердца кровяное давление оказывает­ся все ниже. Самое низкое давле­ние наблюдается в венах при впадении их в правое предсердие. Посто­янная разность давления обеспечивает непрерывный ток крови по кро­веносным сосудам (в сторону пониженного давления).
Дыхательная система. Дыхательная система включает в себя носовую полость, гортань, трахею, бронхи и лёгкие. В процессе дыхания из атмосферно­го воздуха через альвеолы легких в орга­низм постоянно поступает
кислород, а из организма выделяется угле­кислый газ. Процесс дыхания – это целый комплекс физиологических и биохимических процессов, в реализации которых участвует не только дыхательный аппарат, но и система кровообращения. Углекислый газ из клеток тканей поступает в кровь, из крови – в лёгкие, из лёгких – в атмосферный воздух.
Система пищеварения и выделения. Пищеварительная система состоит из ротовой полости, слюнных желёз, глотки, пищевода, желудка, тонкого и толстого кишечника, печени и поджелудочной железы. В этих органах пища механически и химически обрабатывается, перевариваются поступающие в организм пищевые вещества и всасываются продукты пищеварения.
Выделительную систему образуют почки, мочеточники и мочевой пузырь, которые обеспечивают выделение из организма с мочой вред­ных продуктов обмена веществ (до 75%). Кроме того, некоторые про­дукты обмена выделяются через кожу, легкие (с выдыхаемым воздухом) и через желудочно-кишеч­ный тракт. С помощью почек в организме поддерживается кислотно-щелочное равновесие (РН), необходимый объем воды и солей, ста­бильное осмотическое давление.
Нервная система. Нервная система состоит из центрального (головной и спинной мозг) и периферического отделов (нервов, отходящих от голов­ного и спинного мозга и расположенных на периферии нервных узлов). Центральная нервная система координи­рует деятельность различных органов и систем организма и регулиру­ет эту деятельность в условиях изменяющейся внешней среды по ме­ханизму рефлекса. Процессы, протекающие в центральной нервной системе, лежат в основе всей психической деятельности человека.
Головной мозг представляет собой скопление огромного количества нервных клеток. Строение головного мозга несравнимо сложнее строения любого органа человеческого тела.
Спинной мозг лежит в спинно-мозговом канале, образованном дужками позвонков. Первый шейный позвонок – граница спинного мозга сверху, а граница снизу - второй поясничный позвонок. Спинной мозг делится на пять отделов с определённым количеством сегментов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый. В центре спинного мозга имеется канал, заполненный спинномозговой жидкостью.
Вегетативная нервная система – специализированный отдел нервной системы, регулируемый корой больших полушарий. Она подразделяется на симпатическую и парасимпатическую системы. Деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения, выделения, регуляция обмена веществ, термообразования, участие в формировании эмоциональных реакций – все это находится в ведении симпатической и парасимпатической нервной системы и под контролем высшего отдела центральной нервной системы.

Физиология – наука о механизмах функционирования и регуляции деятельности клеток, органов, систем организма в целом и взаимодействия его с окружающей средой.

Организм – это открытая макромолекулярная саморегулирующаяся, самовосстанавливающаяся и самовоспроизводящаяся с помощью непрерывного обмена веществ и энергии система, способная чувствовать, активно целенаправленно передвигаться и адаптироваться в окружающей среде.

Ткань – это система клеток и неклеточных структур, объединенных общностью происхождения, строения, функции. Различают 4 вида ткани: мышечную, нервную, эпителиальную и соединительную.

Орган – это часть организма, обособленная в виде комплекса тканей, выполняющего специфические функции. Орган состоит из структурно-функциональных единиц, представляющих собой клетку или совокупность клеток, способных выполнять основную функцию органа в малых масштабах.

Физиологическая система – это наследственно закрепленная совокупность органов и тканей, выполняющих общую функцию.

Функциональная система – это динамическая совокупность отдельных органов и физиологических систем, формирующаяся для достижения полезного для организма приспособительного результата.

Функция – это специфическая деятельность клеток, органов и систем органов по обеспечению жизнедеятельности целого организма.

Факторы надежности физиологических систем – процессы, способствующие поддержанию жизнедеятельности системы в сложных условиях окружающей среды. К факторам надежности физиологических систем относят

· Дублирование в физиологических системах;

· Резерв структурных элементов в органе и их функциональная мобильность;

· Регенерация поврежденной части органа или ткани и синтез новых структурных элементов;

· Адаптация;

· Совершенствование структуры органов в фило- и онтогенезе;

· Экономичность функционирования;

· Пластичность центральной нервной системы;

· Обеспечение организма кислородом.

Физиология клетки

Клетка – это структурно-функциональная единица органа (ткани), способная самостоятельно существовать, выполнять специфическую функцию в малом объеме, расти, размножаться, активно реагировать на раздражение.

Клеточная мембрана – оболочка клетки, образующая замкнутое пространство, содержащее протоплазму.

Протоплазма – совокупность всех внутриклеточных элементов (гиалоплазмы, органелл и включений).

Цитоплазма – это протоплазма, за исключением ядра.

Гиалоплазма (цитозоль) – гомогенная внутренняя среда клетки, содержащая питательные вещества (глюкозу, аминокислоты, белки, фосфолипиды, депо гликогена) и обеспечивающая взаимодействие всех органелл клетки.

Функции клеток:

1. Общие функции обеспечивают жизнедеятельность самой клетки. Делятся на

а) синтез тканевых и клеточных структур и необходимых для жизнедеятельности соединений;

б) выработка энергии (происходит в результате катаболизма - процесса расщепления);

в) трансмембранный перенос веществ;

г) размножение клеток;

д) детоксикация продуктов метаболизма, которая реализуется с помощью следующих механизмов: детоксикация аммиака с помощью образования глутамина и мочевины; перевод токсических веществ, образовавшихся в клетке, в водорастворимые малотоксичные вещества; обезвреживание активных радикалов кислорода с помощью антиоксидантной системы;

е) рецепторная функция.

2. Специфические функции клеток : сократительная; восприятие, передача сигнала, усвоение и хранение информации; газообменная; опорная; защитная.

Функции органелл клетки

Клетка содержит в себе два вида органелл – мембранные (ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы) и безмембранные (рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты).

Функции мембранных органелл :

· Ядро – несет генетическую информацию и обеспечивает регуляцию синтеза белка в клетке.

· Эндоплазматический ретикулум – является резервуаром для ионов, обеспечивает синтез и транспорт различных веществ, обеспечивает детоксикацию ядовитых веществ.

· Аппарат Гольджи – обеспечивает этап формирования и созревания ферментов лизосом, белков, гликопротеидов мембраны.

· Лизосомы – переваривание поступающих в клетку органических веществ (нуклеиновых кислот, гранул гликогена, компонентов самой клетки, фагоцитированных бактерий).

· Пероксисомы – своими ферментами катализируют образование и разложение перекиси водорода.

· Митохондрии – в них высвобождается основное количество энергии из поступающих в организм питательных веществ, участвуют в синтезе фосфолипидов и жирных кислот.

Функции безмембранных органелл :

· Рибосомы – синтезируют белки.

· Микротрубочки – в аксонах и дендритах нейронов они участвуют в транспорте веществ.

· Микрофиламенты, промежуточные филаменты образуют цитоскелет клетки, который обеспечивает поддержание формы клетки, внутриклеточное перемещение мембранных органелл, движение мембраны клетки и самих клеток, организации митотических веретен, образование псевдоподий.

Структурно-функциональная характеристика клеточной мембраны

Клеточная мембрана представляет собой тонкую липопротеиновую пластинку, содержание липидов в которой составляет 40%, белков – 60%. На внешней поверхности мембраны имеется небольшое количество углеводов, соединенных либо с белками (гликопротеиды), либо с липидами (гликолипиды). Эти углеводы участвуют в рецепции биологически активных веществ, реакциях иммунитета.

Структурную основу клеточной мембраны – матрикса – составляет биомолекулярный слой фосфолипидов, который является барьером для заряженных частиц и молекул водорастворимых веществ. Липиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны клетки. Молекулы фосфолипидов мембраны состоят из двух частей: одна из них несет заряд и гидрофильна, другая не несет заряда и гидрофобна. В клеточной мембране гидрофильные участки одних молекул направлены внутрь клетки, а других наружу. В толще мембраны молекулы фосфолипидов взаимодействуют с гидрофобными участками. Так образуется прочная двухслойная липидная структура. В липидном слое находится много холестерина.

В клеточной мембране имеется большое количество белков, которые разделяют на следующие классы: интегральные, структурные, ферменты, переносчики, каналообразующие белки, ионные насосы, специфические рецепторы. Один и тот же белок может быть ферментом, рецептором и насосом. Многие молекулы белков имеют гидрофобную и гидрофильную части. Гидрофобные части белков погружены в липидный слой не несущий заряда. Гидрофильные участки белков взаимодействуют с гидрофильными участками липидов, что обеспечивает прочность мембраны. Молекулы белков, встроенные в матрикс, называют интегральными. Большинство этих белков являются гликопротеидами. Они образуют ионные каналы. Белки, прикрепленные снаружи мембраны, называются поверхностными. Это как, правило, белки-ферменты.

Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью. Так, любая мембрана хорошо пропускает жирорастворимые вещества. Некоторые мембраны хорошо пропускают воду. Мембрана совсем не пропускает анионы органических кислот. В мембране имеются каналы, которые избирательно пропускают ионы натрия, калия, хлора и кальция. Большинство мембран имеет отрицательный поверхностный заряд, который обеспечивается выступающей из мембраны углеводной частью фосфолипидов, гликолипидов, гликопротеидов. Мембрана обладает текучестью, то отдельные её части могут перемещаться.

Функции клеточной мембраны:

· рецепторная - выполняется гликопротеидами и гликолипидами мембран – осуществляет распознавание клеток, развитие иммунитета;

· барьерная или защитная - выполняется клеточными мембранами всех тканей организма;

· транспортная - работает вместе с барьерной функцией - формирует состав внутриклеточной среды, наиболее благоприятный для оптимального протекания метаболических реакций. Обеспечивает: а) осмотическое давление и рН; б) поступление через жкт в кровь и лимфу веществ, необходимых для синтеза клеточных структур и выработки энергии; в) создание электрических зарядов, возникновение и распространение возбуждения; г) сократительную деятельность мышц; д) выделение продуктов обмена в окружающую среду; е) выделение гормонов, ферментов;

· создание электрического заряда и возникновение потенциала действия в возбудимых тканях;

· выработка биологичсеки активных веществ – тромбоксанов, лейкотриенов, протогландинов.

Первичный транспорт веществ

Первичный транспорт осуществляется вопреки концентрационному и электрическому градиентам с помощью специальных ионных насосов и микровезикулярного механизма в клетку или из клетки. Он обеспечивает перенос подавляющего большинства веществ и воды в организме, жизнедеятельность всех клеток и организма в целом.

1. Транспорт с помощью насосов (помп). Насосы локализуются на клеточных мембранах или на мембранах клеточных органелл и представляют собой интегральные белки, обладающие свойствами переносчика и АТФазной активностью. Основными характеристиками насосов являются следующие:

а) насосы работают постоянно и обеспечивают поддержание концентрационных градиентов ионов, это обеспечивает создание электрического заряда клетки и способствует движению воды и незаряженных частиц согласно законам диффузии и осмоса, создание электрического заряда клетки. Почти все клетки заряжены внутри отрицательно по отношению к внешней среде.

б) принцип работы насосов одинаков: Na/K-насос (Na/K-АТФаза) является электрогенным, так как за один цикл выводится из клетки 3 иона Na + , а возвращается в клетку 2 иона К + . На один цикл работы Na/K-насоса расходуется одна молекула АТФ, причем эта энергия расходуется только на перенос иона Na + .

в) натрий-калиевый насос – это интегральный белок, который состоит из четырех полипептидов и имеет центры связывания с натрием и калием. Он существует в двух конформациях: Е 1 и Е 2 . Конформация Е 1 обращена внутрь клетки и имеет сродство к иону натрия. К ней присоединяется 3 иона натрия. В результате активизируется АТФаза, которая обеспечивает гидролиз АТФ и высвобождение энергии. Энергия изменяет конформацию Е 1 в конформацию Е 2 , при этом 3 натрия оказываются снаружи клетки. Теперь конформация Е 2 теряет сродство к натрию и приобретает сродство к калию. К белку-насосу присоединяется 2 калия и сразу же конформация меняется. Калий оказывается внутри клетки и отщепляется. Это один цикл работы помпы. Затем цикл повторяется. Такой вид транспорта называется антипортом. Главным активатором такого насоса являются альдостерон и тироксин, а ингибитором – строфантины и кислородное голодание.

г) кальциевые насосы (Са-АТФазы) работают также, только переносится только кальций и в одном направлении (из гиалоплазмы в сарко- или эндоплазматический ретикулум, а также – наружу клетки). Здесь для высвобождения энергии необходим магний.

д) протонный насос (Н-АТФаза) локализуется в канальцах почек, в мембране обкладочных клеток в желудке. Он постоянно работает во всех митохондриях.

е) насосы специфичны – это проявляется в том, что они обычно переносят какой-то определенный ион или два иона.

2. Микровезикулярный транспорт. С помощью этого вида транспорта переносятся крупномолекулярные белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты. Различают три вида этого транспорта: а) эндоцитоз – перенос вещества в клетку; б) экзоцитоз – это транспорт вещества из клетки; в) трансцитоз – совокупность эндоцитоза и экзоцитоза.

3. Фильтрация – первичный транспорт, при котором переход раствора через полупроницаемую мембрану осуществляется под действием градиента гидростатического давления между жидкостями по обе стороны этой мембраны.

Вторичный транспорт веществ

Вторичный транспорт – переход различных частиц и молекул воды за счет ранее запасенной (потенциальной) энергии, которая создается в виде электрического, концентрационного и гидростатического градиентов. Он осуществляет транспорт ионов через ионные каналы и включает следующие механизмы.

1. Диффузия – частицы перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Если частицы заряжены, то направление диффузии определяется взаимодействием концентрационного (химического) и электрического градиентов (их совокупность называют электрохимическим градиентом). Если частицы не заряжены, то направление их диффузии определяется только градиентом концентрации. Полярные молекулы диффундируют быстрее неполярных. Ионы диффундируют только через ионные каналы. Вода диффундирует через каналы, сформированными аквапорионами. Углекислый газ, кислород, недиссоциированные молекулы жирных кислот, гормоны – неполярные молекулы – диффундируют медленно.

2. Простая диффузия происходит либо через каналы, либо непосредственно через липидный слой. Стероидные гормоны, тироксин, мочевина, этанол, кислород, углекислый газ, лекарственные препараты, яды – могут с помощью простой диффузии попасть в клетку.

3. Облегченная диффузия характерна для частиц-неэлектролитов, способных образовывать комплексы с молекулами-переносчиками. Например, инсулин переносит глюкозу. Перенос осуществляется без непосредственной затраты энергии.

4. Натрийзависимый транспорт – вид диффузии, который осуществляется с помощью градиента концентрации ионов натрия, на создание которого затрачивается энергия. Имеется два варианта данного механизма транспорта веществ в клетку или из клетки. Первый вариант – это симпорт , направление движения транспортируемого вещества совпадает с направлением движения натрия согласно его электрохимическому градиенту. Идет без непосредственной затраты энергии. Например, перенос глюкозы в проксимальных канальцах нефрона в клетки канальца из первичной мочи. Второй вариант – антипорт . Это перемещение транспортируемых частиц направлено в противоположную по отношению к движению натрия сторону. Например, так движется кальций, ион водорода. Если транспорт двух частиц сопряжен друг с другом, то такой транспорт называется контраспортом .

5. Осмос – это частный случай диффузии: движение воды через полупроницаемую мембрану в область с большей концентрацией частиц, то есть с большим осмотическим давлением. Энергия в данном виде транспорта не затрачивается.

Ионные каналы

Число ионных каналов на клеточной мембране огромно: на 1 мкм 2 насчитывают примерно 50 натриевых каналов, в среднем они располагаются на расстоянии 140 нм друг от друга.

Структурно-функциональная характеристика ионных каналов. Каналы имеют устье и селективный фильтр, а управляемые каналы еще и воротный механизм. Каналы заполнены жидкостью. Селективность ионных каналов определяется их размером и наличием в канале заряженных частиц. Эти частицы имеют заряд, противоположный заряду иона, который они притягивают. Через каналы могут проходить и незаряженные частицы. Ионы, проходя через канал должны освободиться от гидратной оболочки, иначе их размеры будут больше диаметра канала. Слишком маленький ион, проходя через селективный фильтр, не может отдать свою гидратную оболочку, поэтому он не может пройти через канал.

Классификация каналов . Существуют следующие виды каналов:

· Управляемые и неуправляемые – определяется наличием воротного механизма.

· Электро-, хемо- и механоуправляемые каналы.

· Быстрые и медленные – по скорости закрытия и открытия.

· Ионоселективные – пропускающие один ион, и каналы не обладающие селективностью.

Основное свойство каналов, то, что они могут блокироваться специфическими веществами и лекарственными препаратами. Например, новокаин, атропин, тетродотоксин. Для одного и того же вида иона может быть несколько видов каналов.

Свойство биологической ткани. Раздражители

Основные свойства биологической ткани следующие:

1. Раздражимость – способность живой материи активно изменять характер своей жизнедеятельности при действии раздражителя.

2. Возбудимость – это способность клетки генерировать потенциал действия при раздражении. Невозбудимыми являются соединительная и эпителиальная ткани.

3. Проводимость – это способность ткани и клетки передавать возбуждение.

4. Сократимость – это способность ткани изменять свою длину и/или напряжение при действии раздражителя.

Раздражитель – это изменение внешней или внутренней среды организма, воспринимаемое клетками и вызывающее ответную реакцию. Адекватный раздражитель – это такой раздражитель, к которому клетка в процессе эволюции приобрела наибольшую чувствительность вследствие развития специальных структур, воспринимающих этот раздражитель.

Характеристика регуляции функций организма

Регуляция функций – это направленное изменение интенсивности работы органов, тканей, клеток для достижения полезного результата согласно потребностям организма в различных условиях его жизнедеятельности. Классифицируется регуляция по двум направлениям: 1. По механизму её осуществления (три механизма: нервный, гуморальный и миогенный ); 2. по времени её включения относительно момента изменения величины регулируемого показателя организма (два типа регуляции: по отклонению и по опережению ). В любом случае различают клеточный, органный, системный и организменный уровни регуляции.

Нервный механизм регуляции

Этот вид регуляции функций является ведущим и наиболее быстрым. Кроме того, она оказывает точное, локальное влияние на отдельный орган или даже на отдельную группу клеток органа. Одним из основных механизмом нервной регуляции является однонаправленные влияния симпатической и парасимпатической систем. Различают следующие виды влияний вегетативной нервной системы:

· Пусковое влияние – вызывает деятельность органа, находящегося в покое. Например, запуск сокращения покоящейся мышцы при поступлении к ней импульсов от мотонейронов спинного мозга или ствола по эфферентным нервным волокнам. Пусковое влияние реализуется с помощью электрофизиологических процессов.

· Модулирующее (корригирующее) влияние – вызывает изменение интенсивности деятельности органа. Оно проявляется в двух вариантах: а) модулирующее влияние на уже работающий орган; и б) модулирующее влияние на органы, работающие в автоматическом режиме. Реализуется модулирующее влияние с помощью трофического, электрофизиологического и сосудодвигательного действия нервной системы.

Таким образом, вегетативная и соматическая нервные системы оказывают, как пусковое, так и модулирующее влияние на деятельность органов. На скелетную и сердечную мышцы вегетативная нервная система оказывает только модулирующее действие .

Следующим важным моментом является то, что нервная регуляция осуществляется по рефлекторному принципу . Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение сенсорных рецепторов, осуществляемая с помощью нервной системы. Каждый рефлекс осуществляется посредством рефлекторной дуги. Рефлекторная дуга – это совокупность структур, при помощи которых осуществляется рефлекс. Рефлекторная дуга любого рефлекса состоит их пяти звеньев:

1. Воспринимающее звено – рецептор – обеспечивает восприятие изменений внешней и внутренней среды организма. Совокупность рецепторов называется рефлексогенной зоной .

2. Афферентное звено . Для соматической нервной системы - это афферентный нейрон с его отростками, тело его находится в спинномозговых ганглиях или ганглиях черепномозговых нервов. Роль этого звена заключается в передаче сигнала в ЦНС к третьему звену рефлекторной дуги.

3. Управляющее звено – совокупность центральных (для ВНС и периферических) нейронов, формирующих ответную реакцию организма.

4. Эфферентное звено – это аксон эффекторного нейрона (для соматической нервной системы – мотонейрона).

5. Эффектор – рабочий орган. Эффекторным нейроном соматической нервной системы является мотонейрон.

Все рефлексы делят на группы:

· Врожденные (безусловные) и приобретенные (условные);

· Соматические и вегетативные;

· Гомеостатические, защитные, половые, ориентировочный рефлекс;

· Моно- и полисинаптические;

· Экстероцептивные, интероцептивные и проприоцептивные;

· Центральные и периферические;

· Собственные и сопряженные.

Гуморальная регуляция

Гормональное звено регуляции функций организма включается с помощью вегетативной нервной системы, то есть эндокринная система подчиняется нервной системе. Гуморальная регуляция осуществляется медленно и оказывает, в отличие от нервной системы, генерализованное воздействие. Кроме того, у гуморального механизма регуляции нередко наблюдается противоположное влияние биологически активных веществ на один и тот же орган. Гормоны – это биологически активные вещества, вырабатываемые эндокринными железами или специализированными клетками. Гормоны вырабатываются также нервными клетками – в этом случае они называются нейрогормонами. Все гормоны попадают в кровь и действуют на клетки мишени в различных частях организма. Существуют также гормоны, которые вырабатываются неспециализированными клетками – это тканевые или паракринные гормоны. Гормональное влияние на органы, ткани и системы организма подразделяется на

· функциональное, которое в свою очередь, делится на пусковое, модулирующее и пермиссивное;

· морфогенетическое.

Кроме эндокринной регуляции существует ещё регуляция с помощью метаболитов – продуктов, образующихся в организме в процессе обмена веществ. Метаболиты действуют в основном как местные регуляторы. Но существуют влияния метаболитов и на нервные центры.

Миогенный механизм регуляции

Сущность миогенного механизма регуляции состоит в том, что предварительное умеренное растяжение скелетной или сердечной мышцы увеличивает силу их сокращений. Миогенный механизм играет важную роль в регуляции гидростатического давления в полых органах и в сосудах.

Единство регуляторных механизмов и системный принцип регуляции

Единство регуляторных механизмов заключается в их взаимодействии. Так, при действии холодного воздуха на терморецепторы кожи увеличивается поток афферентных импульсов в ЦНС; это ведет к выбросу гормонов, увеличивающих интенсивность обмена веществ и к увеличению теплопродукции. Системный принцип регуляции заключается в том, что различные показатели организма поддерживаются на оптимальном уровне с помощью многих органов и систем. Так, парциальное давление кислорода и диоксида углерода обеспечивается деятельностью систем: сердечно-сосудистой, дыхательной, нервно-мышечной, крови.

Функции гематоэнцефалического барьера

Регулирующая функция ГЭБ заключается в том, что он формирует особую внутреннюю среду мозга, обеспечивающую оптимальный режим деятельности нервных клеток, и избирательно пропускает многие гуморальные вещества. Барьерную функцию выполняет особая структура стенок капилляров мозга – их эндотелий, а также базальная мембрана, окружающая капилляр снаружи. Кроме ГЭБ выполняет защитную функцию – предотвращает попадание микробов, чужеродных или токсичных веществ. ГЭБ не пропускает многие лекартсвенные вещества.

Надежность регуляторных систем

Надежность регуляторных систем обеспечивается следующими факторами:

1. Взаимодействие и дополнение трех механизмов регуляции (нервного, гуморального и миогенного).

2. Действие нервного и гуморального механизмов может быть разнонаправленной.

3. Взаимодействие симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы является синергичными.

4. Симпатический и парасимпатический отделы ВНС могут вызвать двоякий эффект (как активизацию, так и торможение).

5. Существует несколько механизмов регуляции уровня гормонов в крови, что усиливает надежность гуморальной регуляции.

6. Существует несколько путей системной регуляции функций.