Организм как сложная живая система

Системный принцип регуляции физиологических функций.

Общая теория систем вошла в историю науки с именем Л. Берталанфи в конце 40-х годов прошлого столетия. В рамках самого понятия системы следует выделить основополагающие системные принципы:

1. Целостность - несводимость свойств системы к сумме ее частей.

2. Структурность – возможность описания системы через ее структуру.

3. Иерархичность – соподчиненность составляющих элементов системы.

4. Взаимосвязь системы и среды.

Понятие функциональной системы, как комплекса взаимодействующих компонентов для получения полезного результата, в современную физиологию ввел П.К. Анохин. При системном подходе к оценке целостных физиологических актов выявлен вероятностный характер поведения объекта. Выбор ответной реакции на действие внешнего раздражителя осуществляется системами живого организма и организмом в целом в условиях неопределенности. Однако для биологической системы неопределенность выбора ограничивается реакциями, направленными на получение полезного приспособительного результата.

По мнению П.К. Анохина, свойство добиваться положительного адаптивного результата возникло на самых ранних ступенях эволюционной лестницы. Однако свое завершение оно получило только у высших животных. Появление устойчивых систем с чертами саморегуляции стало возможно потому, что возник первый полезный результат этой саморегуляции в виде устойчивости, способности к противодействию факторам внешней среды.

Активное отражение действительности, представляющее новый этап развития системного управления, появилось в так называемом опережающем его характере. Опережение – это активное, без ожидания толчка извне, отражение. Способность опережать внешние воздействия – результат непрерывного накопления информации, отражения внешнего мира. Мозг высших животных и человека является идеальным инструментом отражения действительности. Это отражение носит активный характер. Животное, обладающее высокоорганизованным мозгом, вносит в это отражение свои коррективы в соответствии с жизненными потребностями, что и позволяет формировать поведенческие реакции. Поведенческие реакции в конечном итоге являются лишь средством достижения полезного приспособительного результата.

Взаимодействие различных структур в складывающейся функциональной системе обусловливает ее дальнейшее развитие на основе частных механизмов интеграции (нервных, гуморальных, эндокринных). В свою очередь, сложившаяся функциональная система детерминирует деятельность отдельных органов, поднимая их работу на новую качественную ступень.

 

 

В физиологии живой системы можно выделить по крайней мере три уровня системного управления:

- микроавтономный

- макроавтономный

- промежуточный.

При этом микроавтономный уровень поддерживает постоянство основных физиологических параметров локальных систем, а макроавтономный предусматривает регуляцию внутренних режимов жизнедеятельности применительно к воздействию факторов внешней среды. Системы управления, осуществляющие приспособление микроуровней к изменениям внутренней (второй уровень системности), могут рассматриваться как промежуточное.

Соподчиненность этих уровней, их единство являются необходимым условием формирования системы управления физиологическими функциями в целостном организме.

 

Целостность как принцип работы организма.

Живой организм представляет собой единое целое, в котором частные физиологические процессы подчинены закономерностям работы сложной целостной системы.

Процесс познания физиологических закономерностей немыслим без глубокого изучения структуры органов или системы органов. Поэтому изучение макро- и микроструктуры органа – необходимый этап познания сущности физиологических процессов.

Каждый орган или система органов выполняет специфическую функцию. Однако самостоятельность системы или органа в целостном организме является относительной. Живой организм представляет собой систему систем, которая в процессе взаимодействия с внешней средой обеспечивает получение полезного приспособительного результата. Так, в реализации поведенческой реакции, связанной с удовлетворением потребности животного в пище, различные физиологические реакции оказываются подчиненными решению главной задачи – получению пищи. Ведущее значение в физиологических механизмах сложных поведенческих актов принадлежит нервной системе.

Потребности живого организма могут быть удовлетворены только в результате активного взаимодействия его с внешней средой. Благодаря этому взаимодействию живой организм растет, развивается, накапливает энергию в виде пластических веществ и богатых энергией химических соединений. Эта энергия расходуется на выполнение различных видов работы, свойственных живому организму: механической, химической, электрической, осмотической и др. программа работы энергетической системы организма осуществляется внешними и внутренними управляющими системами.

Внутреннее управление заложено в самой системе. В основе этой формы управления лежат внутренние по своей природе механизмы, подчиняющиеся общим физико-химическим законам. Внешнее управление воздействует на энергетическую систему через ядерную ДНК, инфорсомы, информационную РНК, а также посредством нейросекреторных, эндокринных и других химических регуляторов.

Генетическая управляющая система выступает регулятором не по отношению к самой себе, а к элементам, лежащим вне ее. ДНК структурных генов через систему информосом и РНК передает закодированную в ней информацию для синтеза ферментов, определяющих метаболические реакции и процесс биосинтеза белка.

В клетках организма функционирует не более 2-8 % генетической информации. Предполагают, что остальные 92-98 % информации генома блокировано белками гистонами. В управлении репрессорной и дерепрессорной функцией гистонов принимают участие макромолекулы, получаемые клетками организма в эмбриональном периоде при помощи креаторного (творческого) обмена макромолекулами живой ткани. В группу межклеточных «связников» входят аминокислоты, их полимеры (олиго- и полипептиды), производные аминокислот, холестерина и высших жирных кислот. Аминокислоты и их производные соединения обеспечивают межнейронные и нервно-мышечные межклеточные взаимодействия.

Движение потоков энергии в организме определяется главным образом синтезом, накоплением свободной энергии в фосфорорганических соединениях типа АТФ и аккумулированием электрической энергии на мембранах митохондрий. Характер этих процессов в целом сходен у всех живых организмов, от анаэробных микробов до высших животных.

Управление процессами жизнедеятельности в организме строится по принципу системной иерархичности: элементарные процессы жизнедеятельности подчинены сложным системным зависимостям. Не случайно нервная система у человека и высших животных построена по принципу соподчинения низших отделов высшим.

ЦНС координирует физиологические функции, определяя их ритм и общую направленность. В свою очередь, частные формы физиологических функций оказывают влияние на высший управляющий аппарат. Такая форма контроля и взаимного влияния физиологических функций является главным содержанием принципа системного управления в организме.

 

Ритмичность физиологических функций.

Процессы жизнедеятельности организма периодически усиливаются или ослабляются под влиянием экзогенных и эндогенных факторов (биологическая ритмичность). В соответствии с классификацией предложенной Ф. Халбергом, можно выделить биоритмы высокой частоты с периодом менее ½ часа, от ½ до 20 ч, циркадианные (околосуточные) – от 20 до 28 ч и инфрадианные – от 28 ч до 6 суток. К биоритмам низкой частоты относятся циркасептанные (недельные) - около 7 суток, циркавигинтанные - около 20 суток и циркатригинтанные (околомесячные). Выделены также сезонные, годичные и многолетние ритмы.

Немецкий врач В. Флисс заметил, что некоторые заболевания обостряются с периодичностью 23 дня (у мужчин) и 18 дней (у женщин), а австрийский профессор А. Тельтшер обратил внимание на 33-дневные колебания работоспособности студентов. В последующие годы сложилась теория биоритмов физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. в этой триаде максимальный уровень активности наблюдается с периодичностью 23, 28 и 33 дня соответственно.

Наиболее изученными являются суточные и околосуточные ритмы. Факторы, действующие в повторяющихся процессах, имеют 24-часовую периодичность. Животные приспосабливают свою генетически обусловленную схему поведения к условиям освещения, к чередованию дня и ночи. Наиболее высокий уровень физиологической активности в течение суток у человека отмечается между 8-13 и 16-19 ч. к этому времени могут быть приурочены сложные виды трудовой деятельности или тяжелые физические нагрузки. В эти же часы наблюдается и более высокая экономичность выполнения работы по сравнению с послеобеденным или ночным временем суток.

Хорошо известны колебания физиологической активности на протяжении года или нескольких лет. Сезонные и годичные ритмы связаны с изменением высоты стояния солнца над горизонтом. Основой биологических ритмов являются внутренние (эндогенные) счетчики времени.

Ритмические изменения жизнедеятельности сохраняются даже в том случае, если внешние факторы остаются неизмененными или, напротив, резко изменяются. Например, изменение температуры внешней среды не может существенно изменить суточные колебания температуры тела. В то же время химическое подавление некоторых реакций внутриклеточного обмена может нарушить ритмичность в работе целостного организма.

Биологические ритмы являются одним из проявлений системности в работе организма. Это в конечном итоге результат системного отражения организмом экзогенных факторов на основе внутреннего, природного ритма биологической активности. Системный подход в физиологии выступает в качестве того связующего элемента, который позволяет рассматривать функции живого организма как единство структуры и функции, осуществляемое в пространственно-временных параметрах.