Регуляция процессов жизнедеятельности в клетке

Жизнедеятельность каждого организма должна находиться в строгом соответствии с условиями окружающей среды. Для этого каждый организм должен воспринимать сигналы внешней среды, усваивать, обрабатывать их, а также правильно на них реагировать. Организм выступает как единое целое, регулирует физиологические функции и автоматически поддерживает относительное постоянство внутренней среды.

В организме существуют механизмы, которые обеспечивают его устойчивость, несмотря на изменения внешней среды.

Впервые о существовании такого механизма заговорил французский ученый Клод Бернар.

В 1850 г. вышла его статья «О новой функции печени», в которой сообщалось о роли печени в поддержании необходимого уровня сахара в крови. Бернар ввел понятие «внутренняя секреция». Затем он создает первую теория, которая объясняла природу сахарного диабета. В 1858 г. он в деталях описал свое следующее открытие: регуляцию симпатической нервной системой просветов кровеносных сосудов. Это открытие означало, что органы одной части тела могут управлять процессами, которые протекают в других его частях. Так появилось представление о гомеостазе и процессах регуляции в организме.

Сегодня известно, что все физиологические процессы в организме регулируются нервными и гуморальными механизмами.

У простейших одноклеточных организмов регуляция всех функций организма и связь его с внешним миром осуществляются только с помощью химических веществ, которые содержатся в жидкостях.  При этом у одноклеточных циркуляция физиологически активных веществ совершается диффузно, по цитоплазме. С появлением нервной системы постепенно складывается нейрогуморальная регуляция, при ней устанавливается тесное взаимодействие химически активных веществ и нервных элементов.

Механизмы регуляции процессов жизнедеятельности в ходе эволюции постепенно совершенствовались. У многоклеточных организмов сформировалась внутренняя среда, в которой располагаются клетки, ткани, специальные органы поддержания гомеостаза и регуляции процессов жизни.

Гуморальная регуляция эволюционно наиболее ранняя, она обеспечивает взаимосвязь клеток и органов примитивно устроенных организмов, у которых нет нервной системы. Основными регуляторными веществами в этом случае являются продукты обмена веществ. Такой способ регуляции называется гуморально-метаболическим. Он, как и другие виды гуморальной регуляции, основан на принципе равноправия. Выделяющиеся вещества распространяются по всему организму и изменяют деятельность всех систем жизнеобеспечения.

В процессе эволюционного развития появляется нервная система, и гуморальная регуляция все более подчиняется нервной. Нервная регуляция функций является более совершенной. В ее основе лежит рефлекторный принцип работы. По нервным волокнам биологически важная информация достигает определенного органа. Развитие нервной регуляции не устраняет гуморальную. Системы объединяются в общую нейрогуморальную систему. У высокоразвитых живых организмов возникает специализированная эндокринная система. Эндокринная система использует для передачи сигналов от одних клеток другим биологически активные вещества — гормоны. Они с током крови разносятся к органам и регулируют их работу. Действие гормонов проявляется на уровне клеток. Адреналин, инсулин, глюкагон, гормоны гипофиза активируют реакции, которые происходят в клетке, и изменяют физиологические процессы. Гормоны коры надпочечников, половые гормоны, тироксин проникают внутрь клеточного ядра, связываются с участком молекулы ДНК, заставляют работать определенные гены. Под действием гормонов осуществляется синтез белков, образование нуклеиновых кислот, регулируются процессы работы клеток, поддерживается гомеостаз.

Совершенная и сложная нейрогуморальная регуляции функций сформировалась не сразу, она развивалась в процессе эволюции.

Например, у простейших и кишечнополостных возникла более простая метаболическая регуляция. Она осуществляется за счет веществ внутриклеточного обмена.

В то же время у кишечнополостных появляется простая нервная регуляция за счет нервных клеток.

У насекомых появляются нейросекреторные клетки, которые вырабатывают биологически активные вещества. У позвоночных животных и человека сформировалась нервная и гуморальная системы.

Важную роль в гуморальной регуляции играют железы внутренней секреции, которые выделяют гормоны.

Гормоны контролируют и регулируют процессы обмена веществ, поддерживают гомеостаз. Каждый гормон выполняет специфическую функцию. Гормоны обладают высокой биологической активностью и действуют в очень низких концентрациях.

В гуморальной регуляции участвует гипофиз, расположенный в головном мозге. Это важнейшая железа внутренней секреции, она вырабатывает гормоны, которые регулируют функции других желез, таких как щитовидная железа, надпочечники, половые железы. Также гипофиз выделяет гормон роста.

Гормоны щитовидной железы участвуют в регуляции процессов развития, повышают интенсивность обмена веществ.

Гормоны надпочечников регулируют обмен углеводов и жиров, влияют на содержание в организме натрия и калия, стимулируют деятельность кровеносной системы. Наиболее известный гормон надпочечников — адреналин.

Поджелудочная железа вырабатывает инсулин, он регулирует обмен углеводов в организме.

Гуморальная регуляция является механизмом координации процессов жизнедеятельности с помощью гормонов. Она осуществляется через жидкие среды организма.

Процессы жизнедеятельности организма регулируются не только гуморальными механизмами, но и нервной системой. Нервная регуляция считается более молодым механизмом регуляции по сравнению с гуморальной. По мере развития нервной системы происходило подчинение гуморальной регуляции нервным связям. В итоге возникло нервно-гуморальное взаимодействие. Нервная регуляция основана на рефлекторных связях. Скорость нервной регуляции в сотни раз превышает скорость гуморальной. Вещества передвигаются по жидкой среде, их действие наступает через 30 секунд. Нервные импульсы проходят почти мгновенно и действуют уже через десятые доли секунды.

Нервная система обеспечивает регуляцию и координацию всех систем органов в организме, поддерживает постоянство внутренней среды и объединяет организм в единое целое.

Благодаря нервной системе осуществляется связь организма с окружающей средой. Любой организм реагирует на изменения и приспосабливается к ним.

Связующее звено между гуморальной и нервной регуляцией — гипоталамус, который является также центром вегетативной нервной системы. Он контролирует все функции организма и объединяет эндокринные механизмы регуляции с нервными механизмами.

Значение нервно-гуморальной регуляции для любого организма велико. Правильная работа систем крайне важна. Спектр заболеваний, вызванных функциональными нарушениями этих систем, очень широк. Это проблемы с ростом, весом, развитием, эмоциональным состоянием, психическим поведением.