2. Рівні регуляції організму. Рефлекс і рефлекторна дуга.

Переробка інформації здійснюється системою регуляції, яка складається з окремих елементів, пов’язаних інформаційними каналами. Серед цих елементів можна виділити: датчики (рецептори), що сприймають інформацію на вході системи (фоторецептори ока); вхідні канали зв’язку (оптичний нерв), керуючий пристрій з пам’яттю (зорові центри головного мозку); вихідні канали (окоруховий нерв); утворення на виконавчих органах, що сприймають інформацію вихідних каналів (нервово-м’язеві синапси на м’язах ока).

Регуляція функцій організму може бути на трьох рівнях.

І. Автоматична (метаболічна) регуляція на рівні клітини , яка здійснюється продуктами метаболізму, ферментами самої клітини.

ІІ. Гуморальна (гормональна) регуляція , яка регулюється за допомогою гормонів.

ІІІ. Нервова регуляція, яка здійснюється завдяки регулюючому впливу ЦНС і яка передається у вигляді нервових імпульсів. Нервова регуляція є вищий етап розвитку регуляторних пристосувань організму до умов існування, забезпечує швидкий, точний кінцевий результат пристосування завдяки командам з ЦНС.

В цілісному організмі всі механізми регуляції тісно взаємодіють між собою, утворюючи єдину систему.

Основоположниками вчення про регулюючу роль нервової системи на всі сторони діяльності організму були І.М.Сеченов і І.П.Павлов.

Основна форма нервової регуляції – це рефлекс. Рефлекс – це реакція організму на подразнення рецепторів, яка здійснюється з обов’язковою участю ЦНС. Ідея рефлекторного принципу регуляції була запропонована ще французьким філософом Декартом (1649 р.) у вигляді гіпотези. Термін «рефлекс» був запропонований пізніше чеським фізіологом Прохазкою. Численні наступні дослідження діяльності нервової системи показали, що її відповіді на різні зовнішні та внутрішні подразники протікають по рефлекторному принципу. А І.М.Сєченов обґрунтував рефлекторну природу психічної діяльності людини.

В основі рефлекторної відповіді лежить рефлекторна дуга: комплекс специфічно організованих нервових елементів, взаємодія яких є необхідною для здійснення рефлекторного акту.

Рефлекторна дуга складається з периферійних рецепторів, що сприймають інформацію ззовні або зсередини організму і перетворюють (закодовують) її у нервовий імпульс; аферентних шляхів, тобто нервових волокон, які йдуть від рецепторів до центральних нервових центрів у спинному або головному мозку, корі великих півкуль і які складаються з чутливих волокон та є доцентровими; самих нервових центрів, які аналізують інформацію і створюють адекватну відповідь; еферентних шляхів – відцентрових нервових волокон, які йдуть до виконавчих робочих (ефекторних) органів (наприклад, м’язів, залоз, внутрішніх органів).

Отже, виникнення електричних імпульсів в організмі пов’язане, в першу чергу, з активацією специфічних рецепторів. Сукупність рецепторів, які викликають визначений рефлекс, називають рецептивним полем рефлексу. Наприклад, рецептивне поле смакового рефлексу знаходиться на язиці.

Одинакові рецептори можуть бути в різних місцях і викликати різні рефлекси завдяки посиланню імпульсів до різних нервових центрів. Одночасно в одному рецептивному полі можуть знаходитися різні по функціям рецептори. Тому згинальний рефлекс, наприклад, можна викликати тактильним подразненням шкіри або м’язових рецепторів.

По місцю розташування рецептори діляться на:

• екстерорецептори – рецептори, що сприймають інформацію ззовні (фоторецептори ока, звукові рецептори внутрішнього вуха, тактильні рецептори шкіри);

• інтерорецептори (вісцерорецептори) – рецептори внутрішніх органів (хеморецептори, барорецептори);

• пропріорецептори – рецептори з органів рухового апарату (м’язів, сухожиль, суглобів тощо).

Частина імпульсів від нервових центрів, у яких замикається рефлекторна дуга, можуть потрапляти до кори мозку. Такі рефлекси усвідомлюються людиною. Але багато рефлексів виникає і без участі свідомості, так як для їх здійснення достатньо участі підкоркових зон ЦНС. Такі рефлекторні акти можуть зберігатися навіть після руйнування більшої частини ЦНС (рефлекторне скорочення серця, утворення сечі тощо).

Рефлекси відрізняються великою різноманітністю. За ознаками їх поділяють на групи та типи.

Види рефлексів.

І. По походженню: 1) вроджені (безумовні); 2) набуті (умовні).

ІІ. По видам рецепторів: 1) екстерорецептивні; 2) інтерорецептивні; 3) пропріорецептивні.

ІІІ. За характером реакції: 1) рухові (ефектором є скелетні м’язи); 2) вегетативні (ефектором є внутрішні органи, судини, залози).

Більшість рефлексів служить для захисту організму та пристосування його до зміни довкілля та внутрішнього середовища. Вони координують мимовільні акти організму: секрецію залоз, рух внутрішніх органів, частоту серцевих скорочень (ЧСС). Артеріальний тиск (АТ), рух скелетних м’язів.

Наявність у людей рефлексів свідчить про збереження відповідних центрів, де замикаються ці рефлекси. Наприклад, збереження колінного рефлексу, який замикається у поперекових сегментах спинного мозку, свідчить про цілісність даних ділянок спинного мозку.

Нервова система здійснює контроль за діяльністю структури, яку вона інервує та корекцію цієї діяльності за допомогою механізму зворотного зв’язку Тобто, зворотний зв’язок – це процес впливу результату дії на причину і механізм цієї дії, який вимагає наявність каналу зв’язку. Іншими словами, інформація від виконавчого органу вертається до нервових центрів ЦНС, де оцінюється ефективність виконання функції та здійснюється, при потребі, корекція.

За кінцевим ефектом зворотній зв’язок може бути позитивним і негативним.

«Позитивний зворотний зв’язок» полягає в тому, що при збільшенні будь-якого параметра дія посилюється. Такий зворотній зв’язок посилює процеси життєдіяльності, але дуже часто приводить систему до нестійкого сигналу, сприяє формуванню «хибних кіл», що лежать в основі багатьох патологічних процесів.

«Негативний зворотний зв’язок» сприяє збереженню стабільності фізіологічних параметрів внутрішнього середовища при збурюючих впливах зовнішнього, тобто підтримує гомеостаз. Негативний зворотний зв’язок полягає в тому, що зростання регульованого параметра призводить до зниження функціональної активності організму. Наприклад, при зменшенні в організмі гормону щитоподібної залози тироксину, гіпофіз починає посилено продукувати тиреотропний гормон, який стимулює вироблення тироксину щитоподібною залозою.

На всіх рівнях структурної організації (молекулярному, субклітинному, клітинному, тканинному, органному, організменному) можливі два типи системи регуляції: по збуренню та відхиленню.

Регуляція по збуренню можлива для систем, які мають зв'язки з зовнішнім середовищем. Цей тип регуляції включається у випадках, коли на живу систему впливає зовнішній для неї фактор, що змінює умови її існування. Наприклад, регуляція дихання забезпечує оптимальний для метаболізму клітин взаємозв'язок процесів газообміну в легенях, транспорту газів кров'ю та газообміну крові з клітинами в тканинах. Фізичне навантаження стає збурюючим фактором і створює умови у вигляді підвищеної потреби м'язів у кисні, що приводить до змін складових процесу дихання. Так само виникає по збуренню регуляція при зміні газового складу атмосферного повітря або його тиску. Регуляція по збуренню характеризується випереджуючим характером реагування, тобто ефект збурюючої дії прогнозується і організм до нього готується наперед.

Регуляція по відхиленню (саморегуляція по виходу системи) забезпечується порівнянням параметрів фізіологічних систем, які є, з такими, що вимагаються у конкретних умовах, визначенням ступеня неузгодження і включенням додаткових механізмів для подолання цих неузгоджень. Саме зворотній зв'язок дозволяє регуляції за відхиленням працювати в двох режимах: компенсаційному та спостереження. Компенсаційний режим забезпечує швидку корекцію неузгодження реального і оптимального стану фізіологічної системи при раптових змінах середовища. При режимах спостереження регуляція здійснюється по наперед заданим програмам, а зворотній зв'язок контролює відповідність параметрів діяльності фізіологічної системи заданій програмі. Якщо виникає відхилення - реалізується компенсаційний режим.

Системний підхід до вивчення функції організму був введений у фізіологію учнем І.П.Павлова П.К.Анохіним (1898-1974) як подальший розвиток рефлекторної теорії. П.К.Анохін запропонував теорію функціональних систем (ФС).

На відміну від фізіологічної системи, яка є анатомічно успадкованою сукупністю органів і тканин, їх нейроендокринної регуляції, що забезпечує здійснення тієї чи іншої окремої функції організму (дихання, кровообіг тощо), функціональна система – це сукупність анатомічно різнорідних органів і систем, але які забезпечують саморегуляцію функцій та нові форми діяльності організму з корисним пристосувальним ефектом для досягнення певного кінцевого результату.

З точки зору системного підходу живі організми складаються з різних функціональних систем, об’єднаних досягненням спільної мети, тобто виконанням однакових функцій. Але у кожному випадку є домінуюча функціональна система, яка визначає діяльність організму на даний момент. Наприклад, функціональні системи, які підтримують сталість температури, артеріального тиску, газообміну тощо.

Знаючи функціональні системи, у клінічній практиці можна проаналізувати причинно-наслідковий ланцюг, що веде до пошкодження і знайти первинну причину пошкодження, а, отже, ефективно на неї вплинути.

Отже, згідно теорії П.К.Анохіна, для функціональних систем є характерними наступні положення:

• основою організації системи є досягнення корисного пристосувального ефекту;

• наявність зворотного зв’язку;

• у систему включаються елементи не за анатомічним принципом, а за принципом отримання корисного пристосувального ефекту;

• система має властивість різними шляхами досягнути корисного пристосувального ефекту;

• система закінчує своє існування після досягнення корисного пристосувального ефекту.