Глава 2. 0б1щ1е закономерности осуществления и регуляции физиологических функций

2.1. Общие сведения

Обмен веществ и энергии.Жизнедеятельность организма возможна только при условии непрерывного взаимодействия со средой обитания: обмен с окружающей средой веществами, энергией и информацией.

Все животные и человек получают пластический материал для роста организма и сохранения его структуры за счет погло­щения минеральных и органических веществ из внешней сре­ды. Конечные продукты обмена веществ выделяются во внеш­нюю среду. Необходимая для жизнедеятельности энергия до­бывается за счет ферментативного расщепления органических веществ (ферменты — специфические белки, катализирующие реакции расщепления или синтеза веществ). Кроме того, орга­низм и его регулирующие системы должны получать информа­цию о состоянии и воздействиях внешней среды. Только в этом случае возможно выживание в условиях непрерывно изменя­ющейся среды.

Особенно наглядно представлена роль внешней среды для жизнедеятельности организма на примере ареалов расселения животных. Многие из них могут жить лишь в строго очерчен­ных зонах, границы которых определяются наличием пищи, климатом и другими факторами. Человек менее зависим от климатических условий благодаря своей рациональной дея­тельности. Но и для человека жизнь в условиях, например, Крайнего Севера, пустынь или экологически опасных терри­торий сопряжена с целым рядом проблем.

Приспособление организма к новым условиям среды осу­ществляетсяза счет механизмов адаптации. Адаптациейна­зывают комплекс физиологических реакций, биохимических и морфологических изменений в организме, обеспечивающих возможность приспособления к жизнедеятельности в услови­ях действия неблагоприятных факторов внешней среды.

Внутренняя среда организма.Среда — это совокупность условий обитания живых существ. Выделяют внешнюю среду, в которой обитает организм, и внутреннюю среду, которая на­ходится в организме. Внутренняя среда организма— это со­вокупность биологических жидкостей, которые омывают клет­ки и структуры тканей и обеспечивают им достаточно стабиль­ные условия жизнедеятельности. Внутренняя среда организма отделена от внешней среды с помощью специальных (барьер­ных структур): кожи и слизистых оболочек пищеварительного тракта, дыхательных, мочевыводящих путей.

К внутренней среде организма относят кровь, лимфу, це­реброспинальную и тканевую (межклеточную) жидкости. Основу этих жидкостей составляет вода и лишь 6—10% — су­хой остаток, в который входят органические и минеральные вещества. Кровь составляет 6—8% от массы тела, лимфа 1—2%, межклеточная жидкость — 20—30%. Таким образом, внутренняя среда организма включает систему обмениваю­щихся между собой жидкостей. В этой системе артериальная кровь обеспечивает доставку питательных веществ, кислорода и биологически активных веществ (осуществляющих регуля- торные воздействия). Эти вещества, проникая через стенку кровеносных капилляров, поступают в межклеточную жид­кость, затем в клетки. Выделяемые клеткой вещества и тепло удаляются из ткани следующими путями: а) клетка — тканевая жидкость — венозная кровь, б) клетка — тканевая жидкость — лимфатический капилляр — лимфатические сосуды — веноз­ная кровь.

Для организма жизненно важно, чтобы состав внутренней среды поддерживался относительно постоянным.

Понятие гомеостаза и гомеостатических констант. Гомео- стаз— относительное постоянство состава внутренней среды организма и величины показателей основных физиологиче­ских функций, а также наличие механизмов регуляции, обес­печивающих сохранение этого постоянства, несмотря на воз­мущающие воздействия.

Представление о важности устойчивости состава и свойств внутренней среды для жизнедеятельности организма выдвину­то французским физиологом и врачом Клодом Бернаром. Его знаменитое изречение: "Постоянство внутренней среды есть условие свободной независимой жизни" прозвучало два века тому назад. Термин же "гомеостазис" был введен в физиоло­гию в 30-е годы XX в. В. Кенноном и получил широкое распро­странение не только в физиологии и медицине, но и ряде других наук. В настоящее время как аналогтермина "гомеостазис" часто используют слово "гомеостаз"

Наиболее устойчивые показатели химического состава внутренней среды и физиологических функций стали называть гомеостатическими константами. При этом надо учитывать, что нет абсолютно неизменных гомеостатических констант. Величина каждой из них в условиях нормы может изменяться в установленных пределах. Так, у здорового человека содержа­ние глюкозы в крови может изменяться в пределах 700 1200 мг/л без нарушения функций организма и самочувствия человека. У молодых людей в состоянии покоя границы нормы систолического артериального давления находятся в пределах 110— 130 мм рт.ст., температуры тела — в пределах 36—37 °С. В вечерние часы температура ядра тела ближе к 37 °С, в пре­дутренние часы — к 36 °С, существует околосуточный (цир- кадный, от слов cirka — около, dies — день) ритм изменений этого показателя. Циркадные ритмы присущи многим гомео- статическим показателям: частоте сердечных сокращений и дыхания, содержанию в крови ряда гормонов, продуктов обме­на веществ и др. У некоторых показателей имеются околоме­сячные (например, ритм температуры сердцевины тела у жен­щин) и окологодовые ритмы. Обнаружены также ритмы с короткими периодами: секунды, минуты, часы.

Гомеостатические константы подразделяют на жесткие и пластичные. К жесткимгомеостатическим показателям от­носят такие, которые имеют узкие границы нормы. Они могут меняться, не вызывая нарушения жизненных процессов, толь­ко в небольших пределах (5—10% от исходной величины).Кним относят содержаниеNa⁺ и Са²⁺в плазме крови и лик- воре, осмотическое давление и рН плазмы крови, температу­ру сердцевины тела, уровень оксигенации гемоглобина в ар­териальной крови. Например, норма содержанияNa⁺ в плаз­ме крови составляет 140+5 ммоль/л. Допустимые границы отклонения этого показателя от среднего уровня составляют менее 5%. Если содержаниеNa⁺ в плазме превышает 145ммоль/л, то у детей начинают развиваться нарушения ряда функций.

К пластичнымконстантам относят те, которые имеют более широкие пределы границы нормы. Так, частота пульса в условиях покоя может изменяться в пределах 60 — 90 уд/мин, уровень глюкозы — в пределах 700 — 1200 мг/л, содержание кортизола в плазме крови 50 230 мкг/л, калия — 3,4 5,6 ммоль/л.

Несмотря на относительно широкие границы нормы плас­тичных гомеостатических констант, их изменение также при­водит к развитию патологических процессов в организме. Если содержание глюкозы в крови становится ниже 700 мг/л, то у человека появляется ряд субъективно неприятных ощущений (слабость, головокружение, потливость) и нарушение функ­ций центральной нервной системы вплоть до гипогликемиче- ской комы и смерти.

Удержание относительного постоянства величины гомео­статических констант возможно только при наличии функцио­нирования сложного комплекса механизмов регуляции го- меостаза и взаимодействия организма со средой обитания. Изучение закономерностей и механизмов таких регуляций яв­ляется одной из важнейших задач физиологии.