§29. Организм как единое целое

Определения и обозначения

Организм — целостная биологическая система, в которой клетки, ткани, органы и системы органов взаимосвязаны и действуют согласованно. Каждая часть выполняет свою работу, но результат зависит от взаимодействия с другими частями. Поэтому организм нельзя понять, изучая органы полностью изолированно.

Гомеостаз — относительное постоянство внутренней среды организма при изменениях внешних и внутренних условий. Показатели, например температура или состав крови, могут немного колебаться, но остаются в допустимых пределах. Гомеостаз нужен для нормальной работы клеток и ферментов.

Саморегуляция — способность организма поддерживать устойчивое состояние благодаря согласованной работе органов и регуляторных систем. Для этого организм обнаруживает отклонение, запускает ответ и сравнивает полученный результат с нужным уровнем. Саморегуляция помогает сохранять жизнедеятельность без постоянного внешнего управления.

Обратная связь — принцип регуляции, при котором результат процесса влияет на его дальнейшее протекание. При отрицательной обратной связи результат уменьшает исходное отклонение, а при положительной усиливает процесс. В поддержании гомеостаза особенно важна отрицательная обратная связь.

Как это устроено

Уровни организации организма образуют связанную систему: изменения в клетках могут изменить состояние ткани, органа и всего организма. Например, недостаток кислорода в клетках мышц влияет на их работу, кровообращение и дыхание. Поэтому нарушение на одном уровне постепенно передаётся на другие уровни.

Организм нельзя рассматривать как простую сумму органов, потому что жизненный результат появляется только при их взаимодействии. Сердце, лёгкие и мышцы по отдельности не обеспечивают движение: им нужны перенос кислорода, нервные команды и энергия обмена веществ. Целостность возникает благодаря общим регуляторным связям и согласованию функций.

Нервная регуляция осуществляется нервной системой: рецепторы воспринимают изменение, а нервные импульсы быстро достигают исполнительного органа. Гуморальная регуляция основана на химических сигналах, прежде всего гормонах, которые переносятся кровью. Нервные и химические сигналы действуют совместно, поэтому их называют единой нейрогуморальной регуляцией.

Отрицательная обратная связь поддерживает температуру тела, состав крови и другие параметры внутренней среды. Если показатель отклоняется, включается ответ, направленный против отклонения: например, при перегреве усиливается теплоотдача. После возвращения показателя к норме регулирующее воздействие ослабевает.

Согласованность жизненных процессов позволяет организму отвечать на изменения среды и сохранять гомеостаз. При нагрузке меняются дыхание, кровообращение, обмен веществ и работа мышц, но эти изменения образуют единую реакцию. Так организм приспосабливается, не разрушая внутреннее равновесие.

Основные способы регуляции функций организма

Таблица помогает сравнить регуляцию по источнику сигнала, способу его переноса, скорости и длительности действия. Нейрогуморальная регуляция не заменяет нервную и гуморальную, а показывает их совместную работу. При анализе любого примера сначала определите сигнал, затем путь его передачи и результат.

Разбор задач

Задача 1

Человек начал выполнять физическую работу. Нужно определить изменения в дыхательной, кровеносной и мышечной системах и показать, как они согласуются между собой. Рассуждать следует не о каждой системе отдельно, а о единой потребности работающих мышц в энергии и кислороде.

1. Мышцы сокращаются чаще и расходуют больше АТФ, поэтому им требуется больше кислорода и питательных веществ. Образуется больше углекислого газа, который необходимо удалить.
2. Дыхание становится более частым и глубоким, поэтому в кровь поступает больше кислорода и быстрее выводится углекислый газ. Сердце сокращается чаще, а кровоток перераспределяется к работающим мышцам.
3. Кровь доставляет к мышцам кислород и глюкозу, а от мышц уносит углекислый газ и продукты обмена. Нервные сигналы и гормоны согласуют эти изменения с интенсивностью нагрузки.

Ответ: дыхательная, кровеносная и мышечная системы образуют единую функциональную реакцию. Их согласованная работа обеспечивает мышцы энергией и поддерживает внутреннее равновесие.

Задача 2

После приёма пищи содержание глюкозы в крови увеличилось. Нужно объяснить, как этот показатель возвращается к норме с помощью гуморальной регуляции и отрицательной обратной связи.

1. Повышение глюкозы воспринимается как отклонение внутренней среды от обычного уровня. В ответ эндокринные клетки поджелудочной железы выделяют инсулин.
2. Инсулин усиливает поступление глюкозы в клетки и её запасание в виде гликогена. Поэтому концентрация глюкозы в крови снижается.
3. Когда показатель приближается к норме, стимул для выделения инсулина уменьшается. Это отрицательная обратная связь: результат ослабляет первоначальное отклонение.

Ответ: повышение глюкозы вызывает выделение инсулина, а действие гормона возвращает показатель к норме. Так поддерживается гомеостаз.

Задача 3

У человека нарушена работа эндокринной железы, из-за чего изменились обмен веществ, температура тела и активность других органов. Нужно объяснить, почему нарушение одного звена распространяется на весь организм.

1. Гормоны действуют не на один изолированный орган, а на клетки-мишени разных тканей. Поэтому изменение их количества меняет скорость обмена веществ и обеспечение клеток энергией.
2. Обмен веществ связан с образованием тепла, работой нервной системы, сердца и других органов. Из-за этого первичное нарушение вызывает вторичные изменения в нескольких системах.
3. Нервная система может частично компенсировать отклонение, но при недостаточном гормональном сигнале регуляция становится несогласованной. Если гомеостаз не восстанавливается, появляются признаки заболевания.

Ответ: организм един, поэтому эндокринное нарушение затрагивает связанные процессы обмена и регуляции. Один повреждённый участок может изменить работу многих органов.

Типичные ошибки

Рассматривать органы как независимые части. Так ошибаются, когда запоминают функции органов по отдельности и не учитывают обмен сигналами. Проверьте себя: сможете ли вы объяснить, как изменение работы одного органа повлияет хотя бы на две другие системы?

Считать гомеостаз полной неизменностью. Ошибка возникает из-за слова «постоянство»: в действительности показатели колеблются около нормы. Для проверки уточните, удерживается ли параметр в допустимом диапазоне, а не остаётся ли он абсолютно одинаковым.

Отождествлять нервную и гуморальную регуляцию. Обе системы управляют функциями, но отличаются переносчиками сигнала, скоростью и длительностью действия. Сравните в ответе нервный импульс и гормон, а затем укажите, почему они дополняют друг друга.

Путать отрицательную обратную связь с отсутствием реакции. При таком рассуждении забывают, что организм активно исправляет отклонение. Проверьте направление ответа: он должен ослаблять исходное изменение и приближать показатель к норме.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации живого, клетках, тканях, органах и системах органов. Также используются сведения о нервной, эндокринной и иммунной системах, а также об обмене веществ. Эти представления пригодятся при изучении адаптации, высшей нервной деятельности, физиологии и заболеваний систем регуляции.

Что запомнить

• Организм представляет собой целостную саморегулирующуюся систему.
• Все органы и системы органов связаны между собой и работают согласованно.
• Гомеостаз — относительное постоянство внутренней среды, а не её полная неизменность.
• Нервная регуляция действует быстро и адресно.
• Гуморальная регуляция осуществляется химическими сигналами, переносимыми жидкостями организма.
• Нервная и гуморальная регуляция образуют единую систему координации функций.
• Обратная связь помогает поддерживать гомеостаз и приспосабливаться к изменениям среды.