Принципи роботи регуляторних систем організму

Зворотній зв’язок – основний принцип роботи керуючих систем – підкріплюється множинністю і надмірністю регуляторних контурів і їх ієрархічністю, що створює можливості для адаптації організму до постійно мінливих умов існування.

• Негативний зворотний зв’язок. Більшість контролюючих систем організму діє, використовуючи принцип негативного зворотного зв’язку. Іншими словами, результат дії впливає на причину і способи, що його викликали. Негативний зворотний зв’язок потребує принаймні в трьох елементах. Пояснимо на прикладі регуляції вмісту глюкози в плазмі крові. По-перше, необхідний елемент, реєструючий життєво важливий параметр (наприклад, глюкозу). По-друге, система повинна відповідати на зміни цього параметра, змінюючи характеристики початкового етапу процесу (наприклад, пригнічуючи секрецію інсуліну). Нарешті, по-третє, система повинна діяти так, щоб підтримувати нормальні значення контрольованого параметра (наприклад, знизити рівень глюкози в крові). Таким чином, негативний зворотний зв’язок підтримує і постійно контролює стабільне і стійке стан біологічної системи.

• Позитивний зворотний зв’язок. На відміну від негативного зворотного зв’язку, позитивний зворотний зв’язок підсилює

вплив діючої причини і в багатьох випадках не тільки не призводить до стабілізації фізіологічної функції, але, навпаки, підсилює ефект. Саме тому позитивний зворотний зв’язок в медицині найчастіше більш відома під ім’ям «drculus vitiosus» – порочне коло. Наприклад, серце здорової людини в нормальних умовах ефективно перекачує 5 л крові, що циркулює в кровоносних судинах. Несподівана втрата значної кількості крові (> 2 л), порушує здатність серця виконувати насосну функцію. Це викликає таке значне падіння артеріального тиску, що воно не компенсується механізмом зворотного зв’язку. Внаслідок цього надходження крові через вінцеві судини до серцевого м’яза зменшується. В результаті робота серця слабшає, його насосна функція погіршується, а кровопостачання міокарда ще більше знижується. Цей цикл повторюється знову і знову – поки не настане смерть. Звичайно, залежно від величини і характеру чинного стимулу, небажаний вплив позитивного зворотного зв’язку може бути перекрито механізмами негативного зворотного зв’язку.

• Множинність регуляторних контурів. Одиночних регулюють контурів негативного зворотного зв’язку в живих структурах не існує – практично завжди є комплекси взаємодіючих між собою петель зворотного зв’язку всередині одиночній клітини, всередині органу або системи органів і на рівні організму. Наприклад, інсулін знижує рівень глюкози крові, в той час як адреналін і кортизол надають протилежний ефект.

• Надмірність гомеостатичного регулювання залежить від важливості життєвого параметра. Чим більш важливий життєвий показник, тим більше систем в організмі використовується для його регуляції. Кінцевим результатом діяльності багатьох гомеостатических систем, контролюючих життєві показники, є сталість параметрів внутрішнього середовища організму.

• Ієрархія. Серед різних регуляторних контурів спостерігається ієрархічність. Наприклад, гіпоталамус контролює ендокринні функції клітин передньої долі гіпофіза, тропний гормон якої (АКТГ), у свою чергу, контролює функцію кори надниркових залоз, а виділяється останньої

• кортизол бере участь у підтримці (на додаток до інсуліну) рівня глюкози в крові. Пріоритети. Підтримання сталості внутрішнього середовища – більш важливе завдання, ніж інтереси клітини, групи клітин або окремого органу. Так, під час м’язової роботи утворюється надлишкове тепло, при цьому температура тіла підтримується за рахунок посиленого потовиділення і втрат тепла з испаряющимся потім. Однак утворення та виділення поту однозначно зменшує об’єм крові. Оскільки для організму об’єм крові – більш важливий життєвий показник, ніж підтримку температури тіла, то в якийсь критичний момент системи, що регулюють об’єм крові, сигналізують контролюючим температуру тіла системам про необхідність зменшити потообразованія. Якщо індивідуум припинить роботу, то це означає, що фізіологічний сигнал небезпеки зіграв свою захисну роль. Якщо робота буде продовжуватися, результатом може бути важке порушення функцій серця. Пристосування організму до мінливих умов середовища залежить від його здатності змінювати величину і характер відповідей. Гнучкість і рухливість контурів систем зворотного зв’язку є механізмом для багатьох форм фізіологічної адаптації. Наприклад, у звичайних умовах на рівні моря експериментально знижений вміст кисню у вдихуваному повітрі викликає значне збільшення частоти і глибини дихання. Після періоду адаптації до низького вмісту кисню в умовах високогір’я той же самий експеримент (дія зниженого вмісту кисню у вдихуваному повітрі) викликає лише короткочасне прискорення першого вдиху.

Посилання на основну публікацію