АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Регуляція фізіологічних функцій

Складна будова живих організмів і їх здатність реагувати на різні впливи як єдине ціле вимагає досконалих механізмів регуляції фізіологічних функцій. У будь-якому живому організмі діяльність усіх його структур строго узгоджена у просторі і часі. Таку узгодженість забезпечують складні механізми регуляції фізі­ологічних функцій.

Термін «регуляція» означає підтримування параметрів системи на задано­му рівні (наприклад, концентрацію'глюкози в крові, рН крові, величину артері­ального тиску і т.д.). Термін «управління» означає вплив на систему з метою змі­ни її функціонування. Отже, в більш широкому трактуванні термін «регуляція» включає і процеси управління. Мета управління може бути різною: в найпрості­шому варіанті - підтримання на постійному рівні якого-небудь параметра (темпе­ратури тіла), у складнішому варіанті - пристосування функцій до мінливих умов існування. Якщо управління здійснюється без будь-якого втручання ззовні, його називають автоматичним. Різновидністю автоматичного управління є саморегу­ляція фізіологічних функцій.

У будь-якій системі управління розрізняють орган і об'єкт управління, сполучені між собою каналом зв'язку. Якщо система управління не враховує інформацію від об'єкта управління, вона називається незамкненою, або розімкненою.

Незамкнені системи управління мають невелике значення у фізіологічній регуляції. У живих організмах найбільш поширені замкнені системи управління зі зворотними зв'язками. Орган управління враховує як інформацію ззовні, так і від об'єкта управління по лінії зворотного зв'язку. Розрізняють позитивний і від'ємний зворотний зв'язок. Якщо інформація від об'єкта управління веде до підсилення регулюючого пливу, такий зв'язок називають позитивніш.

Позитивний зворотний зв'язок непридатний для управління, оскільки спри­яє переходу системи в екстремальний стан і спричиняє лавинний процес, проте сприяє підсиленню слабких сигналів. Він лежить, наприклад, в основі регенерати­вного самопідсилення натрієвої проникності мембрани під час генерації потенціа­лу дії.

Негативний зворотний зв'язок запобігає розвиткові процесу, стабілі­зуючи його, дає змогу підтримувати стаціонарний стан, тому широко використо­вується у регуляції біологічних процесів. У живих організмах це основний меха­нізм саморегуляції гомеостазу, тобто відносної динамічної стабільності внутрі­шнього середовища організму і стійкості його основних фізіологічних функцій. Вираженням гомеостазу служить низка біологічних констант - стабільних кількі­сних показників, які характеризують нормальний стан організму. Такими сталими показниками є температура тіла, осмотичний тиск крові і міжклітинної рідини, вміст у них натрію, калію, кальцію, хлору, фосфату, білків, глюкози, іонів водню і т.д.

У ході еволюції повинні були сформуватись спочатку внутрішньоклітинні механізми регуляції - регуляція на рівні ферментів, мембранна і генетична регу­ляція.

Вже на рівні метаболічних процесів у клітинах здійснюється відносно ав­тономне управління і регуляція. Якби метаболічні процеси були неузгодженими, в клітинах спостерігалось би нагромадження одних речовин і дефіцит інших. Окрім того, система регуляції метаболічних реакцій забезпечує поступове вивільнення енергії. Необхідно також відзначити, що більшість метаболічних реакцій харак­теризуються великими значеннями енергії активації, тому поза клітинами при температурі 30-40° С вони взагалі не відбулись би.

Знижують енергію активації і підвищують ймовірність метаболічних ре­акцій ферменти. Швидкість хімічних реакцій у клітинах визначається кількістю і активністю ферментів. Ферменти є дуже специфічними, тому кожну реакцію контролює певний фермент. Окрім зниження енергії активації, ферменти служать головними важелями, через які регулюється метаболізм. Метаболічні процеси в клітинах контролюються головним чином завдяки регуляції активності індивідуальних ферментів. Активність ферментів регулюється насамперед на рівні їх каталі­тичних центрів. Реакційна здатність і спрямованість роботи каталітичних цент­рів залежать від кількості субстрату (закон діючих мас). Інтенсивність роботи ферментів визначається інаявністю коферментів і кофакторів, активаторів і інгібіторів.

Деякі ферменти, крім каталітичних центрів, мають і алостеричні центри, що служать для зв'язування алостеричних ефекторів (регуляторів). Такими регу­ляторами можуть служити певні метаболіти, гормони і молекули субстрату. В результаті поєднання позитивно або негативно діючого регулятора до алостерич ного центру відбувається зміна конформації ферменту, що веде або до активації, або до гальмування каталітичного центру. У процесі цих механізмів регуляції кількість ферментів не змінюється.

Важливим способом регуляції ферментативної активності є перетворення неактивної форми ферменту (зимогену) у активну. Крім того, потенціально ак­тивні ферменти не можуть функціонувати за рахунок їх компартменталізації (наприклад, у лізосомах). Інактивація ферментів здійснюється завдяки зв'язуван­ню їх інгібіторами білкової природи, а також руйнуванню протеїназами.

У регуляції ферментативної активності мультиферментних систем віді­грають важливу роль негативні зворотні зв'язки. Мультиферментна система -це система, в якій індивідуальні ферменти так організовані, що продукт однієї ре­акції служить субстратом для наступної. У багатьох випадках продукт реакції контролює активність одного з попередніх ферментів (як правило, першого) і служить сигналом негативного зворотного зв'язку.

Генетична регуляція забезпечує підтримання кількості ферментів певного типу. Вона здійснюється за рахунок репресії і індукції. Гени, які кодують синтез ферментів за принципом: "один ген - один фермент", називаються структурни­ми. Структурні гени включаються операторним геном, який перебуває під впли­вом двох факторів - репресорів і індукторів. Репресор може перебувати в акти­вній і неактивній формі. Активна форма репресора може взаємодіяти з оператор-ним геном і запобігати транскрипції структурних генів. Репресор - білок, який може взаємодіяти з низькомолекулярною сполукою. Завдяки цьому репресор пе­ретворюється у неактивну форму, яка не може взаємодіяти з операторним геном і не може запобігати транскрипції структурних генів. Це відбувається тоді, коли повинен розпочатись синтез ферменту. Отже, клітини синтезують тільки ті фер­менти, які необхідні у даних умовах. Цю закономірність встановили для кишкової палички, проте припускають, що вона носить універсальний характер.

З появою багатоклітинних організмів розвиваються і вдосконалюються міжклітинні системи регуляції. Вони включають гуморальний і нервовий ме­ханізми. Гуморальний, або хімічний, механізм регуляції філогенетично є старі­шим. Він Грунтується на тому, що у різних клітинах і органах у процесі обміну речовин утворюються різні за хімічною природою сполуки. Деякі з них характе­ризуються великою фізіологічною активністю, тобто у малих концентраціях здатні спричиняти значні зміни фізіологічних функцій. Такі речовини надходять у тканинну рідину, потім - у кров, якою розносяться по всьому організму, іможуть діяти на клітини і тканини, що віддалені від місця їх утворення. Дія хімічних по­дразників, які циркулюють з кров'ю, адресована всім клітинам і тканинам. Проте вони неоднаково діють на різні клітини. Завдяки наявності в клітинах специфіч­них рецепторів існує вибіркова чутливість клітин до різних хімічних подразни­ків.

Отже, гуморальна регуляція функцій здійснюється через рідинні середовища організмів (кров, лімфа, тканинна рідина) за допомогою фізіологічно активних і речовин (метаболіти, нейрогормони, гормони, простагландини, пептиди, біогенні аміни, кініни, іони та інші). Гуморальну регуляцію характеризують такі особливості: відносно повільне транспортування гуморального фактора, відсутність точної адреси, за якою він транспортується, невисока надійність, оскільки гуморальні фактори швидко руйнуються і виводяться з організму.

У ході еволюції тварин механізми гуморальної регуляції поступово допов­ни іиііііись більш складним і досконалим механізмом нервової регуляції. Окрім того, сама гуморальна регуляція опинилась під контролем нервової системи. До­мінування у високоорганізованих організмів нервового механізму регуляції не сприяло редукції гуморального механізму. На певному етапі еволюції виникають і псціалізовані органи гуморальної регуляції - ендокринні залози, що продукують гуморально діючі фактори регуляції - гормони. Задовго до появи ендокрин­них залоз виникла здатність нервових клітин продукувати секрет, який містить нейрогормони. У безхребетних тварин переважна більшість гормонів продукуєрться клітинами нервових гангліїв. Примітивна нервова система виникла у кишковорожнинних. У гідри нервові клітини функціонують як нейросекреторні і їх гормони регулюють ріст і розвиток. Епітеліальні ендокринні залози виникли у червів і молюсків.

В організмі вищих тварин установлюється взаємодія між гуморальними і нервовими механізмами регуляції. Різні хімічні фактори, зокрема гормони (наприклад, статеві), впливають на нервову систему. А нервова система впливає на виведення різних фізіологічно активних речовин у кров, у тому числі і гормонів. Крім того, нервова активація клітин реалізується через виведення у синаптичну щілину хімічних факторів - медіаторів. Багато органів одночасно регулюється гуморальним і нервовим механізмами. Під контролем переважно гуморальних факторів знаходяться тривалі зміни обміну речовин, розмноження, розвиток і ріст. Швидкі зміни діяльності м 'язів і залоз контролюються переважно нерво­вою системою.

Розділ 3

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 1141 | Нарушение авторских прав