§ 6. Регуляция функций организма

Определения и обозначения

Регуляция функций организма — согласование работы органов и систем для поддержания постоянства внутренней среды и приспособления к изменениям. Проще говоря, разные части организма должны работать не разрозненно, а согласованно. Это помогает сохранять нужное состояние тела при нагрузке, отдыхе, изменении температуры и других условиях.

Нервная регуляция — управление функциями организма с помощью нервных импульсов, передаваемых по нервной системе. Нервный импульс — это сигнал, который быстро распространяется по нервным клеткам и их отросткам. Благодаря этому организм может почти мгновенно ответить на раздражитель.

Гуморальная регуляция — управление функциями организма химическими веществами, переносимыми жидкостями внутренней среды. К таким веществам относятся гормоны и другие биологически активные соединения. Этот способ позволяет влиять на органы не только в месте образования вещества, но и на удалённые органы-мишени.

Рефлекс — ответная реакция организма на раздражитель, осуществляемая при участии нервной системы. Например, отдёргивание руки от горячего предмета происходит автоматически. Понятие рефлекса помогает проследить полный путь сигнала: от восприятия раздражения до действия мышцы или железы.

Как это устроено

Согласованная работа органов невозможна без постоянной регуляции, потому что условия внутри и снаружи организма всё время меняются. После еды, физической нагрузки или охлаждения меняются потребности клеток, а органы должны перестроить свою работу. Регуляция возвращает показатели к подходящему уровню и тем самым поддерживает относительное постоянство внутренней среды, то есть гомеостаз.

Нервный сигнал возникает, когда рецептор или нервная клетка воспринимает раздражение и переходит в возбуждённое состояние. Затем импульс идёт по нервным путям к нервному центру и исполнительному органу. В результате мышца сокращается, железа выделяет секрет или другой орган изменяет свою работу, причём ответ обычно начинается очень быстро и затрагивает определённую область.

Гормоны и другие биологически активные вещества выделяются клетками желёз или отдельных тканей во внутреннюю среду организма. С током крови они могут переноситься на значительное расстояние, поэтому место образования вещества и место его действия часто не совпадают. Гормон влияет преимущественно на орган-мишень, клетки которого имеют подходящие рецепторы, поэтому разные органы реагируют на один и тот же гормон неодинаково.

Нервная и гуморальная регуляция различаются способом передачи и свойствами сигнала. Нервный импульс идёт по определённому пути, действует быстро и обычно недолго, а химическое вещество переносится жидкостями, включается медленнее и может влиять дольше. Нервное воздействие более точное, тогда как гормон может одновременно изменить работу нескольких органов, если в них есть соответствующие рецепторы.

В организме эти механизмы не существуют отдельно друг от друга, потому что нервная система управляет работой желёз, а гормоны могут изменять состояние нервных центров. При испуге нервные сигналы быстро меняют работу сердца и дыхания, а гормоны надпочечников поддерживают подготовку тела к нагрузке. Совместное действие нервных импульсов и химических сигналов называют нейрогуморальной регуляцией.

Сравнение нервной и гуморальной регуляции

Таблица помогает сравнить два способа регуляции по одному и тому же набору признаков. Чтобы не перепутать их, сначала найдите источник и путь сигнала, а затем сопоставьте скорость, длительность и направленность действия. Примеры в последней строке показывают, как признаки проявляются в реальных ситуациях.

Разбор задач

Задача 1

Человек случайно коснулся горячего предмета и мгновенно отдёрнул руку. Определите вид регуляции и объясните последовательность реакции. Сначала нужно установить, был ли раздражитель воспринят рецептором и участвовала ли нервная система. Затем восстановим путь сигнала до исполнительного органа.

1. Горячий предмет действует как раздражитель и возбуждает рецепторы кожи.
2. Нервный импульс от рецепторов поступает по чувствительному нервному пути в нервный центр, обычно расположенный в спинном мозге.
3. Из нервного центра сигнал по двигательному пути направляется к мышцам руки.
4. Мышцы сокращаются, и рука отдёргивается ещё до того, как человек успевает осознанно оценить опасность.

Ответ: это защитный рефлекс, то есть нервная регуляция. Последовательность такова: раздражитель — рецептор — нервный путь — нервный центр — исполнительный орган; исполнительным органом здесь являются мышцы руки.

Задача 2

После испуга у человека участились сердцебиение и дыхание, расширились зрачки. Нужно определить, почему несколько органов изменили работу почти одновременно. Для этого следует разделить быструю нервную часть реакции и химическую поддержку, которая сохраняет её дольше.

1. Испуг воспринимается нервной системой как сигнал опасности, и нервные центры быстро посылают импульсы к сердцу, дыхательным мышцам и мышцам радужки.
2. Сердце начинает сокращаться чаще, дыхание усиливается, а зрачки расширяются, поэтому организм получает больше кислорода и готовится к действию.
3. Одновременно нервная система активирует надпочечники.
4. Надпочечники выделяют в кровь гормоны, которые достигают органов-мишеней и поддерживают усиленную работу сердца и дыхания.

Ответ: в реакции совместно участвуют нервная и гуморальная регуляция. Нервные импульсы обеспечивают быстрый ответ, а гормоны надпочечников усиливают и продлевают изменения.

Задача 3

Объясните, почему действие гормона обычно начинается медленнее, но продолжается дольше, чем действие нервного импульса. Сравнить нужно не только скорость передачи, но и то, как сигнал прекращается. Тогда причина различий становится понятной.

1. Нервный импульс движется по специальному нервному пути к конкретной клетке или органу, поэтому достигает цели очень быстро.
2. Гормону сначала нужно выделиться в кровь, переместиться с её током и связаться с рецепторами клеток-мишеней.
3. После прекращения нервного импульса сигнал обычно быстро исчезает.
4. Гормон может некоторое время сохраняться в крови и продолжать действовать, пока не разрушится или не будет удалён из организма.

Ответ: гормон действует медленнее из-за переноса внутренней средой, но дольше сохраняет влияние из-за присутствия в крови и тканях. Нервный сигнал быстрее и точнее, однако его действие чаще заканчивается быстрее.

Типичные ошибки

Ошибка: считать нервную и гуморальную регуляцию полностью независимыми. Так думают, потому что один сигнал называют нервным, а другой — химическим, но нервная система может управлять выделением гормонов. Проверка: выясните, не участвуют ли в одной реакции одновременно нервные центры и железы.

Ошибка: называть любой ответ на раздражитель рефлексом. Рефлексом является только реакция с обязательным участием нервной системы, а изменение работы клетки под действием химического вещества может происходить без нервного пути. Проверка: найдите в описании рецептор, нервный импульс и исполнительный орган.

Ошибка: утверждать, что гормоны действуют только в месте образования. Гормоны поступают во внутреннюю среду и переносятся кровью к органам-мишеням, поэтому источник и место действия могут находиться далеко друг от друга. Проверка: спросите, каким путём вещество достигло клетки и есть ли у неё подходящий рецептор.

Ошибка: путать скорость и длительность действия. Нервная регуляция обычно включается быстрее, а гуморальная часто действует дольше, поэтому нельзя считать медленное действие кратким. Проверка: отдельно сравните, когда начинается реакция и как долго сохраняется её результат.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении нервной системы, раздражителе, рецепторе и исполнительном органе. Также важно знать роль крови как внутренней среды и представлять, что эндокринные железы выделяют вещества в организм. Эти понятия позволяют проследить путь любого регулирующего сигнала.

Дальше тема пригодится при изучении рефлекторной деятельности и эндокринной системы. Она также связана с поддержанием гомеостаза и адаптацией, потому что организм регулирует функции, чтобы сохранять устойчивость и приспосабливаться к нагрузкам.

Что запомнить

• Регуляция согласует работу органов и поддерживает постоянство внутренней среды.
• Нервная регуляция осуществляется нервными импульсами.
• Гуморальная регуляция осуществляется химическими веществами, переносимыми жидкостями организма.
• Рефлекс — ответ организма на раздражитель при участии нервной системы.
• Нервная регуляция действует быстро и обычно направленно.
• Гуморальная регуляция развивается медленнее и может действовать дольше.
• Нервная и гуморальная регуляция образуют единую нейрогуморальную систему.