Разумное управление организмом - КАК ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ОРГАНИЗМА - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. Управляющий центр может разумно руководить сложным “хозяйством”, только передавая часть своих полномочий управляющим низшего звена, так сказать, по прямой связи.

Факт 2. Управление бывает эффективным только в том случае, когда центр получает информацию о том, как его приказы исполняются подчинёнными, то есть когда имеется обратная связь.

Факт 3. В результате управление превращается в циклический процесс. Управляющий центр приказывает и принимает решение о дальнейших действиях после получения информации об исполнении приказа “на местах”.

• Как учесть эти принципы разумного управления в жизнедеятельности организма? Чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 332).

Повторение необходимых знаний

• Как нервная и эндокринная системы управляют органами? (§ 21)

• Какая часть нервной системы ведает нашими сознательными реакциями? (§ 19)

• Из каких частей состоит вегетативная нервная система? В чём их специфика? (§ 17 - 18)

Решение проблемы

Автоматическая и сознательная регуляция

• Почему в организме сочетается автоматическое регулирование и сознательное (волевое) регулирование? В чём преимущество каждого из них?

Представьте себе две ситуации (рис. 22.1 и 22.2).

22.1. Вы переходите улицу и вдруг видите, что из-за поворота на большой скорости выезжает автомобиль. Ваше сознание и весь предыдущий опыт подсказывают вам, что автомобиль опасен, и вы отскакиваете назад, уступая ему дорогу

22.2. Гуляя по незнакомому городу, вы любуетесь достопримечательностями, но через несколько часов замечаете, что ваше внимание гораздо больше стали привлекать витрины гастрономов и вывески кафе, чем архитектурные памятники. Организм напоминает вам, что вы голодны

• Какова роль сознательных действий в этих случаях?

В первом случае ваша реакция мгновенна, во втором — вы не сразу понимаете, что отвлекло ваше внимание. Мы склонны сильнее реагировать на события, происходящие в мире вокруг нас, но не очень замечаем то, что происходит внутри нашего тела, если только там не начинается что - то явно неладное, например, когда мы съели что-нибудь несвежее. Почти всегда нервная система управляет событиями внутреннего мира автоматически, и все действия предпринимаются либо периферической нервной системой, либо нижними отделами центральной нервной системы. Обращение к высшим отделам мозга и сознанию происходит только в тех случаях, когда для принятия решения управляющим системам нижнего звена не хватает прошлого опыта или там нет готовой программы действий.

В большинстве случаев мы пользуемся огромным количеством таких программ и выполняем необходимые действия без всяких усилий, не думая о них. Ситуация, требующая быстрой реакции, автоматически сопровождается учащением ритма сердца, увеличением частоты и глубины дыхания, что обеспечивает приток насыщенной кислородом крови к органам. При этом от кожи, почек, кишечника кровоток отводится к мышцам, сердцу, лёгким, мозгу, так что самые важные в данный момент системы получают больше всего питательных веществ и кислорода. А если ситуация очень опасна для нас, гипофиз отдаст команду, объявив дополнительную мобилизацию ресурсов организма: активировать кору надпочечников, вмешаться в углеводный обмен или стимулировать щитовидную железу, чтобы она увеличила “добычу” энергии в клетках.

Благодаря тому, что высшие отделы мозга освобождены от необходимости следить за деталями внутренней жизни тела, они имеют возможность воспринимать и анализировать события, происходящие вне нашего тела. В результате мы можем приспосабливаться к внешнему миру, мыслить и творить.

Сеть “информаторов”

• Что контролируют исполнительные системы организма?

• Как осуществляется контроль за текущим состоянием организма?

Управляющей системе необходима информация о том, что происходит в “подвластном ей государстве”, поэтому наш организм напичкан датчиками - рецепторами. Они непрерывно сообщают управляющей системе об изменениях во внешней и внутренней среде. Кровяное давление, содержание кислорода, двуокиси углерода, глюкозы, различных гормонов и других веществ в крови, температура, степень растяжения мышц и сухожилий, информация от всех органов чувств — вот далеко не полный перечень сведений, которые получает нервная система. Всё это примеры обратных связей между органами - исполнителями и управляющими системами мозга.

Сигналы рецепторов (обратная связь) передаются центру управления — головному мозгу, где информация обрабатывается. Затем головной мозг посылает команды органам - исполнителям (прямая связь). Некоторые низшие центры, например, двигательные, не только посылают команды к двигательным нейронам, но и направляют их копии вышележащим нервным центрам: командиры не должны полностью доверять своим подчинённым — они сами обязаны следить за тем, что происходит в подвластных им структурах.

Управление системой транспорта

• В чём состоит главная специфика регуляции деятельности сердца? Что влияет на автономный ритм работы сердца?

Есть органы, которые должны работать, даже если с управляющей системой что - то случилось. Главный такой орган - сердце, и вы помните, что оно обладает автоматией, механизмом, позволяющим ему сокращаться в заданном ритме, даже если нет никаких руководящих сигналов. Это пример управления на уровне низшего звена. Однако нервная и гуморальная системы могут оказывать существенное влияние на работу сердца (рис. 22.3). Симпатическая нервная система - аппарат экстренной мобилизации ресурсов, её сигналы заставляют сердце биться чаще и сильнее. Напротив, парасимпатическая нервная система способствует расслабленной работе органа, отдыху, её сигналы снижают частоту сердечных сокращений.

22.3. Схема регуляции работы сердца

т• Как изменяется работа сердца во время сдачи экзамена? Найдите на схеме прямую и обратную связь.

Высшие отделы мозга - гипоталамус, кора больших полушарий и другие - могут оказывать влияние на сердце через те же симпатические и парасимпатические нервные волокна. Вот почему наше сердце начинает биться сильнее и чаще, когда мы смотрим фильмы ужасов, и успокаивается, когда выключаем телевизор.

На работу сердца влияют гормоны надпочечников - адреналин и норадреналин. Их действие аналогично действию симпатической нервной системы. Это примеры подчинения низшего звена высшему, несмотря на его автономию.

Управление системой вентиляции

• Как взаимосвязаны вдох и выдох?

В управлении дыханием важно обеспечить его ритмичность и регулярность, так как нам необходим постоянный приток кислорода. Но этого мало, ведь во время физических и умственных нагрузок, стрессов обмен веществ в тканях возрастает, а значит, повышается и потребность в кислороде. Увеличить или уменьшить количество кислорода, доставляемого тканям, возможно, только регулируя частоту и глубину дыхания.

Управляет дыхательными движениями дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге. Он состоит из нескольких ядер, но его основа — центр вдоха и центр выдоха(рис. 22.4). Нейроны этих центров обладают автоматией. Они периодически самопроизвольно возбуждаются, причем возбуждение центра выдоха сопровождается торможением клеток в центре вдоха и наоборот. Нервные импульсы из центра вдоха поступают к двигательным центрам спинного мозга, откуда управляющие сигналы идут к межрёберным мышцам и диафрагме и вызывают их сокращение. Объём грудной клетки увеличивается, и воздух поступает в лёгкие.

22.4. Схема регуляции дыхания

• Как изменится объём потребляемого воздуха во время сна, при ходьбе, беге?

Растяжение стенок лёгкого возбуждает специальные рецепторы — и импульсы от них поступают в центр выдоха. Его нейроны активируются и подавляют активность центра вдоха. Поток нервных импульсов к мышцам прекращается, они расслабляются — происходит выдох.

Работа центров вдоха и выдоха может измениться под действием нервных сигналов от рецепторов, расположенных в различных системах органов. Главный фактор, определяющий силу и частоту дыхательных движений, — концентрация углекислого газа (СО₂) в крови. В сонных артериях, дуге аорты и в ядрах продолговатого мозга есть рецепторы, чувствительные к количеству СО₂ в крови и межклеточной жидкости мозговой ткани. Повышение его содержания увеличивает возбудимость структур дыхательного центра, в результате чего усиливается и учащается дыхание.

В регуляции функций дыхательного центра могут принимать участие и другие отделы головного мозга, включая кору больших полушарий. Они приводят деятельность центров вдоха и выдоха в соответствие с меняющимся поведением человека, изменяют дыхание при речи, пении. Мы можем произвольно увеличить частоту дыхания или задержать его на несколько секунд, но остановить его невозможно.

Увеличить частоту и глубину дыхания может и гормон “мобилизации организма” - адреналин.

Есть или не есть?

• Что заставляет нас думать о еде?

Рецепторы растяжения в стенках желудка сигнализируют не только о его наполненности, но и об отсутствии там пищи (рис. 22.5). Импульсы от этих датчиков — отчётливый сигнал голода.

22.5. Голод и насыщение

• Во время опасности мы не ощущаем голода. Почему?

Снижение уровня глюкозы в крови - ещё более тревожный сигнал, который подают рецепторы печени, желудка и тонкого кишечника в промежуточный мозг. Другие нейроны чувствительны к содержанию в крови жирных кислот. Действуя совместно с рецепторами глюкозы, они могут активировать “системы аппетита” в гипоталамусе и побуждать организм к приёму пищи. Снижение выработки тепла организмом — опасный симптом. Он свидетельствует о недостатке “топлива” и также может вызывать чувство голода.

Что заставляет нас заканчивать трапезу? Чувство насыщения. Каждый из нас знает, что это не просто исчезновение чувства голода, но и удовольствие от ощущения полноты желудка. Растяжение стенок желудка пищей — фактор насыщения. На этом основаны современные методы снижения аппетита для борьбы с ожирением: в желудок вводят баллон, заполненный жидкостью. Он растягивает стенки желудка и снижает чувство голода. Сигналы рецепторов желудка и тонкого кишечника о присутствии глюкозы и аминокислот в пище, повышение уровня глюкозы в крови, возрастание выработки тепла при переваривании пищи, изменение обмена жиров — всё это факторы, которым мы обязаны приятным чувством насыщения.

Центральная структура нерв ной системы, отвечающая за возникновение чувств голода и насыщения, — гипоталамус. Обработка информации от всех вышеописанных рецепторов, вероятно, происходит в двух центрах этой структуры: “центре голода” и “центре насыщения”. Повреждение первого центра приводит к постоянному чувству насыщения и отказу от пищи, в то время как повреждение второго — к неумеренному её потреблению.

Управление движениями

• Почему больной, долго лежавший в постели, должен снова учиться ходить?

Программирование и выполнение движений — процесс не обыкновенно сложный, поэтому в нём принимают участие очень многие отделы нервной системы. Для того чтобы начать движение, нужно ощущать положение тела в пространстве. Для этого необходима обратная связь от органов чувств (чувства равновесия, зрения, слуха). С их помощью в центральной нервной системе создается “карта” окружающего мира. Но и этого недостаточно, ведь нам необходимо иметь и “карту” собственного тела. В мышцах и сухожилиях есть рецепторные клетки, которые всё время сообщают центральной нервной системе о напряжении мышц, позволяют нам чувствовать взаимное расположение костей и суставов. Только после получения всей этой информации мы можем точно выполнять движения, соотнося их с теми событиями, которые происходят вокруг нас. “Карты” окружающего мира и нашего тела сопоставляются в коре больших полушарий. Теперь можно “запускать” движение (прямая связь). Но и это непросто. В любом, даже самом простом движении принимают участие многие мышцы — одни из них сокращаются, другие расслабляются, и очень многие находятся в постоянно напряжённом состоянии, чтобы поддержать тело в равновесии. Создание мозгом программы, позволяющей синхронизовать работу нашей костно-мышечной системы для совершения движений, называется координацией. Точная координация движений складывается не сразу - ребёнок учится ходить и бегать долгое время, прежде чем освоит в совершенстве это искусство. Каждый раз при выполнении движения мозжечок и подкорковые ядра контролируют и корректируют движение, подправляют его программу, исправляют неточности в движениях. Части программ заученных движений существуют в виде рефлексов в спинном мозге и используются для создания новых двигательных программ. Некоторые из рефлекторных движений, запрограммированных в спинном мозге, выполняются без участия высших отделов нервной системы, например, когда мы отдёргиваем руку от источника боли. Но большая часть движений непрерывно корректируется корой больших полушарий с помощью сигналов, идущих от рецепторов мышц и сухожилий.

22.6. Координацию движений развивают занятия спортом

Формулирование вывода

В основе функционирования организма лежат циклические процессы. Завершение одной функции включает другую, согласованную с ней (систола - диастола, ускорение сердцебиения - замедление, вдох - выдох, голод - насыщение, шаг левый - шаг правый и т.п.). Приказы центральной нервной системы и гипофиза (прямая связь) корректируются показаниями рецепторов о работе исполнительных органов (обратная связь).

Нервная и эндокринная системы регулируют работу внутренних органов автоматически, используя готовые программы действий. Это позволяет освободить высшие отделы мозга от рутинной работы и заниматься обработкой сигналов из внешнего мира.

Применение знаний

1. Что необходимо для целесообразного управления?

2. Найдите в тексте примеры управления на низшем и высшем уровне.

3. Найдите в тексте примеры прямых и обратных связей.

4. Какие органы обладают автоматией? Почему?

5. Что такое координация движений?

6. Вам наверняка знакома поговорка: “Аппетит приходит во время еды”. Правильно ли это утверждение?

7. Почему вредно есть “на бегу”?

8. Какие рецепты здорового образа жизни вы сформулируете для себя на основе материала этого параграфа?