ГоловнаЗворотній зв'язок
Главная->Фізиологія та анатомія->Содержание->Глава 3. ОБЩИЙ ПЛАН СТРОЕНИЯ ОРГАНИЗМА

Возрастная физиология

Глава 3. ОБЩИЙ ПЛАН СТРОЕНИЯ ОРГАНИЗМА

 

Прежде чем приступить к изучению важнейших законо мерно-пей возрастного развития организма, необходимо уяснить, что же представляет собой организм, какие принципы заложены При­родой в его генеральную конструкцию и как он взаимодействует С окружающим миром.

Уже почти 300 лет назад было доказано, что все живое состо­ит из клеток. Из нескольких миллиардов мельчайших клеток со­стоит и организм человека. Эти клетки далеко нс одинаковы по своему виду, по своим свойствам и функциям. Сходные между Собой клетки объединяются в ткани. Видов ткани в организме множество, однако все они относятся всего лишь к 4 типам: эпи­телиальной, соединительной, мышечной и нервной. Эпители­альные ткани образуют кожу и слизистые оболочки, многие внут­ренние органы — печень, селезенку и др. В эпителиальных тканях клетки расположены тесно друг к другу. Соединительная ткань от­личается очень большими межклеточными промежутками. Так ус­троены кости, хряши, так же устроена кровь — все это разновид­ности соединительной ткани. Мышечная и нервная ткани относят­ся к возбудимым: они способны воспринимать и проводить им­пульс возбуждения. При этом для нервной ткани это — главная функция, тогда как мышечные клетки умеют еще сокращаться, значительно изменяясь в размере. Эта механическая работа может быть передана костям или жидкостям, находящимся внутри мы­шечных мешков.

Ткани в различных сочетаниях образуют анатомические орга­ны. Каждый орган состоит из нескольких тканей, причем прак­тически всегда наряду с основной, функциональной тканью, ко­торая определяет специфику органа, там имеются элементы не­рвной ткани, эпителий и соединительная ткань. Мышечная ткань может быть и не представлена в органе (например, в почках, селезенке и др.).

Анатомические органы складываются в анатомо-физиологиче-ские системы, которые объединяются единством главной выпол­няемой ими функции. Так формируются скелетно-мышечная, нерв­ная, покровная, выделительная, пищеварительная, дыхательная, сердечно-сосудистая, половая, эндокринная системы и кровь. Все эти системы вместе и составляют организм человека.

Элементарной единицей живого является клетка. Генетический аппарат сконцентрирован в клеточном ядре, т.е. локализован и защищен от неожиданностей воздействия потенциально агрессив­ной среды. Каждая клетка обособлена от всего остального мира благодаря наличию сложно орга ни зо ванной оболочки — мембра­ны. Эта оболочка состоит из трех слоев химически и функциональ­но различных молекул, которые, действуя согласованно, обеспе­чивают выполнение множества функций: защитной, контактной, чувствительной, поглощающей и выделяющей. Главная работа клеточной мембраны — организация потоков вещества из окру­жающей среды внутрь клетки, а из клетки — наружу. Клеточная мембрана — основа всей жизнедеятельности клетки, которая при разрушении мембраны гибнет. Любая клетка нуждается в пище и энергии для своей жизнедеятельности — ведь и функционирование клеточной мембраны также во многом сопряжено с расходовани­ем энергии. Для организации энергетического потока через клет­ку в ней существуют специальные органеллы, отвечающие за вы­работку энергии — митохондрии. Считается, что миллиарды лет назад митохондрии были самостоятельными живыми организма­ми, научившимися в ходе эволюции использовать некоторые хи­мические процессы для выработки энергии. Затем они вступили в симбиоз с другими одноклеточными организмами, которые бла­годаря этому сожительству получили надежный источник энер­гии, а предки митохондрий — надежную защиту и гарантию вос­производства.

Строительную функцию в клетке выполняют рибосомы — фаб­рики по производству белка на основе матриц, скопированных с нч їсти чес кого материала, хранящегося в ядре. Действуя посред­ством химических стимулов, ядро управляез всеми сторонами жизни клетки. Передача информации внутри клетки осуществля­йся благодаря тому, что она заполнена желеобразной массой — цитоплазмой, в которой протекают многие биохимические реак­ции, а вещества, имеющие информационное значение, способ­ны легко проникать в самые дальние уголки внутриклеточного пространства благодаря диффузии.

Многие клетки имеют, кроме того, то или иное приспособле­ние для движения в окружающем пространстве. Это может быть ж.'ушик (как у сперматозоида), ворсинки (как у кишечного эпите­лия) или способность к переливанию цитоплазмы в форме псевдо­подий (как у лимфоцитов).

Таким образом, важнейшими конструктивными элементами Міч ки являются ее оболочка (мембрана), орган управления (ядро), снсісма энергообеспечения (митохондрия), строительный блок (рибосома), движитель (реснички, псевдоподии, или жгутик) и лнутренняя среда (цитоплазма). Некоторые одноклеточные орга­низмы обладают также внушительным кальцинированным скеле-юм, защищающим их от врагов и случайностей.

Удивительно, но ведь и организм человека, состоящий из мно-ІНЧ миллиардов клеток, имеет, по сути, те же важнейшие конст­руктивные блоки. Человек отделен от окружающей среды своей кожной оболочкой. У него есть движитель (мышцы), скелет, орга­ны управления (головной и спинной мозг и эндокринная систе­ма), система энергообеспечения (дыхание и кровообращение), блок первичной обработки пищи (желудочно-кишечный тракт), її іакже внутренняя среда (кровь, лимфа, межклеточная жидкость). *)та схема не исчерпывает всех конструктивных компонентов орга­низма человека, но позволяет заключить, что любое живое суще­ство построено по принципиально единому плану.

Разумеется, многоклеточный организм обладает целым рядом Особенностей и, по-видимому, преимуществ — иначе бы про­цесс эволюции не был направлен в сторону появления многокле­точных организмов и мир до сих пор был бы населен исключи­тельно теми, кого мы называем «простейшими».

Основное конструктивное различие между одноклеточным и многоклеточным организмом состоит в том, что органы много­клеточного организма построены из миллионов отдельных кле­ток, которые по принципу подобия и функциональному родству объединяются в ткани, тогда как орган еллы одноклеточного прод­ати идя ют собой элементы одной единственной клетки.

В чем же реальное преимущество многоклеточного организма? В нозможности разделять функции в пространстве и во времени, а

 

также в специализации отдельных тканевых и клеточных структур для выполнения строго очерченных функций. По сути дела, эти различия сходны с тем, чем различается средневековое натураль­ное хозяйство и современное индустриальное производство. Клет­ка, представляющая самостоятельный организм, вынуждена ре­шать все проблемы, встающие перед ней, за счет имеющихся у нее ресурсов. Многоклеточный организм выделяет для решения каждой из функциональных задач особую популяцию клеток или комплекс таких популяций (ткань, орган, функциональную сис­тему), максимально приспособленных для решения именно этой задачи. Ясно, что эффективность решения задач многоклеточным организмом намного выше. Точнее, у многоклеточного организ­ма гораздо больше шансов приспособиться к широкому набору ситуаций, с которыми ему приходится сталкиваться. Отсюда сле­дует и принципиальное различие между клеткой и многоклеточ­ным организмом в стратегии адаптации: первая на любое срело-вое влияние реагирует целостно и генерализованно, второй спо­собен адаптироваться к условиям жизни за счет перестройки функций только отдельных из своих составляющих частей — тка­ней и органов.

Важно подчеркнуть, что ткани многоклеточного организма весьма разнообразны и каждая наилучшим образом приспособле­на к выполнению небольшого числа функций, необходимых для жизнедеятельности и адаптации всего организма. При этом клет­ки каждой из тканей умеют в совершенстве осуществлять только одну-единственную функцию, а все многообразие функциональ­ных возможностей организма обеспечивается разнообразием вхо­дящих в его состав клеток. Например, нервные клетки способны только вырабатывать и проводить импульс возбуждения, но не умеют изменять свои размеры или осуществлять уничтожение ток­сических веществ. Мышечные клетки способны проводить импульс возбуждения так же, как и нервные, но при этом они сами сокра­щаются, обеспечивая передвижение частей тела в пространстве или изменяя напряжение (тонус) структур, состоящих из этих клеток. Печеночные клетки не способны проводить электрические импульсы или сокращаться — зато их биохимическая мощь обес­печивает обезвреживание огромного числа вредных и ядовитых молекул, попадающих в кровь в процессе жизнедеятельности орга­низма. Клетки костного мозга специально предназначены для про­изводства крови и ничем другим заняты быть не могут. Такое «разделение труда» — характерное свойство любой сложно орга­низованной системы, по этим же правилам функционируют и социальные структуры. Это необходимо учитывать при прогнози­ровании результатов любых реорганизаций: никакая специализи­рованная подсистема нс способна изменить характер своего функ­ционирования, если не изменяется се собственная структура. Воз­никновение тканей, обладающих качественными особенностями, в процессе онтогенеза — процесс сравнительно медленный, и про­исходит он не за счет того, что имеющиеся клетки приобретают новые функции: практически всегда новые функции обеспечива­ются новыми поколениями клеточных структур, формирующи­мися под управлением генетического аппарата и под влиянием требований внешней или внутренней среды.

Онтогенез — поразительное явление, в ходе которого одно­клеточный организм (зигота) превращается в многоклеточный, сохраняя целостность и жизнеспособность на всех этапах этого замечательного превращения и постепенно наращивая многооб­разие и надежность выполняемых функций.

 

Структурно-функциональный и системный подходы к изучению организма

Научная физиология родилась в один день с анатомией — это произошло в середине XVII в., когда великий английский врач Уильям Гарвей получил разрешение церкви и короля и произвел первое после тысячелетнего перерыва вскрытие трупа пригово­ренного к смерти преступника с целью научного изучения внут­реннего строения тела человека. Разумеется, еще древнеегипет­ские жрецы, бальзамируя тела своих фараонов, прекрасно знали устройство человеческого тела изнутри — но это знание не было научным, оно было эмпирическим, и к тому же — тайным: раз­глашение любых сведений об этом считалось святотатством и ка­ралось смертью. Великий Аристотель, учитель и наставник Алек­сандра Македонского, живший за 3 столетия до нашей эры, очень смутно представлял себе, как устроен организм и как он работа­ет, хотя был энциклопедически образован и знал, кажется, все, что к тому времени накопила европейская цивилизация. Более ос­ведомленными были древнеримские врачи — ученики и последо­ватели Галена (II век н.э.), которые заложили начала описатель­ной анатомии. Огромную славу снискали себе средневековые арабские врачи, но даже величайший из них — Али Абу ибн Сина (в европейской транскрипции — Авиценна, XI в.) — лечил ско­рее человеческий дух, нежели тело. И вот У. Гарвей при стечении огромного количества народа проводит первое в истории евро­пейской науки исследование устройства тела человека. Но Гарвея более всего интересовало, КАК РАБОТАЕТ организм. С древней­ших времен люди знали, что в груди каждого из нас бьется сердце. Врачи во все времена измеряли пульс и по его динамике оцени­вали состояние здоровья и перспективы борьбы с разнообразны­ми болезнями. До сих пор одним из важнейших приемов диагнос­тики в знаменитой и таинственной тибетской медицине служит

 

2 Іісірукнх М. М.

33

 

длительное непрерывное наблюдение за пульсом больного: врач сидит у его постели и держит руку на пульсе часами, а потом называет диагноз и предписывает лечение. Всем было хорошо из­вестно: остановилось сердце — прекратилась жизнь. Однако тра­диционная в тот период Галеновская школа не связывала движе­ние крови по сосудам с деятельностью сердца.

Но перед глазами Гарвея — сердце с трубочками-сосудами, наполненными кровью. И Гарвей понимает: сердце — всего лишь мышечный мешок, выполняющий роль насоса, который качает кровь по всему телу, потому что по всему телу разбегаются сосу­ды, которые становятся все более многочисленными и все более тонкими по мере удаления от насоса. По таким же сосудам кровь возвращается к сердцу, совершая полный оборот и непрерывно притекая ко всем органам, к каждой клеточке, неся с собой пи­тательные вещества. Еще ничего не известно о роли кислорода, не открыт гемоглобин, никак не умеют врачи различать белки, жиры и углеводы —- вообще знания химии и физики еще крайне прими­тивны. Но уже начали развиваться разнообразные технологии, инженерная мысль человечества изобрела множество приспособ­лений, облегчающих производство или создающих совершенно новые, небывалые раньше технические возможности. Современ­никам Гарвея становится ясно: в организме работают определен­ные механизмы, структурную основу которых составляют отдель­ные органы, причем каждый орган предназначен для выполне­ния той или иной конкретной функции. Сердце — это насос, качающий кровь по «жилам», точно так же, как те насосы, кото­рые подают воду из равнинных озер в усадьбу на пригорке и пита­ют радующие глаз фонтаны. Легкие — меха, через которые прока­чивается воздух, как это делают подмастерья в кузнице, чтобы сильнее раскалить железо и его было легче ковать. Мышцы — ка­наты, прикрепленные к костям, и их напряжение заставляет эти кости перемешаться, что и обеспечивает движение всего тела, — точно так же, как строители с помощью талей поднимают огром­ные камни на верхние этажи строящегося храма.

Человеку свойственно всегда сопоставлять новые открытые им явления с уже известными, вошедшими в обиход. Человек всегда строит аналогии, для того чтобы легче понять, объяснить самому себе суть происходящего. Высокий уровень развития ме­ханики в эпоху, когда Гарвей проводил свои исследования, не­минуемо привел к механической интерпретации многочислен­ных открытий, сделанных врачами — последователями Гарвея. Так родилась структурно-функциональная физиология с ее ло­зунгом: один орган — одна функция.

Однако по мере накопления знаний — а это в значительной мере зависело от развития физических и химических наук, поскольку именно они поставляют основные способы для проведения науч-

Пых исследований в физиологии, — стало ясно, что многие органы мыиолняют не одну, а несколько функций. Скажем, легкие — не только обеспечивают обмен газами между кровью и окружающей средой, но также участвуют в регуляции температуры тела. Кожа, выполняя в первую очередь функцию защиты, одновременно яв­ляется и органом терморегуляции и органом выделения. Мышцы миособны не только приводить в действие скелетные рычаги, но и tn счет своих сокращений согревать притекающую к ним кровь, поддерживая температурный гомеостаз. Примеры такого рода мож­но приводить без конца. Полифункциональность органов и физио-шн ических систем стала особенно явственной в конце XIX — нача­ле XX в. Любопытно, что в это же время в технике появилось мно­жество разнообразных «универсальных» машин и инструментов, иОладающих широким спектром возможностей — порой, в ущерб Простоте и надежности. Это — иллюстрация того факта, что техни­ческая мысль человечества и уровень научного понимания органи­чной и процессов в живой природе развиваются в теснейшем взаи­модействии между собой.

К середине 30-х годов XX в. стало ясно, что даже концепция полифункциональности органов и систем уже не способна объяс­ним, согласованность функций организма в процессе адаптации К изменяющимся условиям или в динамике возрастного разви­тия. Стало складываться новое понимание смысла процессов, про­исходящих в живом организме, из которого постепенно сфор­мировался системный подход к исследованию физиологических Процессов. У истоков этого направления физиологической мыс­ли стояли выдающиеся российские ученые — А.А.Ухтомский, И.А. Бернштейн и П.К-Анохин.

І Іаиболее принципиальное различие структурно-функциональ­ного и системного подходов состоит в понимании того, что явля-ІТСЯ физиологической функцией. Для структурно-функционального Подхода характерно понимание физиологической функции как не­коего процесса, осуществляемого определенным (конкретным) Набором органов и тканей, меняющим по ходу функционирования биою активность в соответствии с влиянием управляющих структур. И такой интерпретации физиологические механизмы — это те фи-аические и химические процессы, которые лежат в основе физио­логической функции и обеспечивают надежность ее выполнения. Физиологический процесс — вот тот объект, который находится в центре внимания структурно-функционального подхода.

Системный подход базируется на представлении о целесооб­разности, т.е. под функцией в рамках системного подхода пони-Мйют процесс достижения некой цели, результата. На различных етапах этого процесса потребность в вовлечении тех или иных в'Груктур может весьма существенно меняться, поэтому констел-ймции (состав и характер взаимодействия элементов) функцио-

 

нальной системы очень подвижна и соответствует той частной задаче, которая решается в текущий момент. Наличие цели пред­полагает, что существует некоторая модель состояния системы до и после достижения этой цели, программа действия, а также существует механизм обратной связи, позволяющий системе кон­тролировать свое текущее состояние (промежуточный результат) по сравнению с моделируемым и на этом основании вносить коррективы в программу действия ради достижения конечного результата.

С позиций структурно-функционального подхода окружающая среда выступает как источник стимулов для тех или иных физио­логических реакций. Возник стимул — в ответ возникла реакция, которая либо угасает по мере привыкания к стимулу, либо пре­кращается тогда, когда перестает действовать стимул. В этом смыс­ле структурно-функциональный подход рассматривает организм как закрытую систему, имеющую лишь определенные каналы об­мена информацией с окружающей средой.

Системный подход рассматривает организм как открытую си­стему, целевая функция которой может быть помещена как внут­ри, так и вне ее. В соответствии с этим взглядом организм реаги­рует на воздействия внешнего мира как единое целое, перестра­ивая стратегию и тактику этого реагирования в зависимости от достигаемых результатов каждый раз таким образом, чтобы либо быстрее, либо надежнее достичь модельных целевых результатов. С этой точки зрения реакция на внешний раздражитель угасает тогда, когда сформированная под его воздействием целевая фун­кция оказывается реализованной. Стимул может продолжать дей­ствовать либо, напротив, — может прекратить свое действие еще задолго до завершения функциональных перестроек, но раз на­чавшись, эти перестройки должны пройти весь запрограммиро­ванный путь, и реакция закончится только тогда, когда механиз­мы обратной связи принесут информацию о полной сбалансиро­ванности организма со средой на новом уровне функциональной активности. Простой и наглядной иллюстрацией этого положе­ния может служить реакция на любую физическую нагрузку: для ее выполнения активируются мышечные сокращения, что вы­зывает необходимость соответствующей активации кровообраще­ния и дыхания, и даже когда нагрузка уже завершена — физио­логические функции все еще довольно длительное время сохра­няют свою повышенную активность, поскольку они обеспечивают выравнивание метаболических состояний и нормализацию гоме-остазируемых параметров. Функциональная система, обеспечи­вающая выполнение физического упражнения, включает в себя не только мышцы и нервные структуры, отдающие мышцам при­каз сокращаться, но также и кровеносную систему, дыхатель­ную систему, эндокринные железы и множество других тканей и органов, вовлеченных в этот процесс, связанный с серьезными изменениями внутренней среды организма.

Структурно-функциональный взгляд на сущность физиологи­ческих процессов отражал детерминистский, механистически-материалистический подход, который был характерен для всех естественных наук XIX и начала XX в. Вершиной его развития, вероятно, можно считать теорию условных рефлексов И. П.Пав­лова, с помощью которых великий русский физиолог пытался познать механизмы деятельности мозга теми же приемами, кото­рыми он с успехом исследовал механизмы желудочной секреции.

Системный подход стоит на стохастических, вероятностных позициях и не отвергает телеологических (целесообразностных) подходов, характерных для развития физики и других естествен­ных наук второй половины XX в. Уже говорилось выше, что физио-поги одновременно с математиками именно в рамках этого под­хода пришли к формулированию наиболее общих кибернетических закономерностей, которым подчиняется все живое. Столь же важ­ны для понимания физиологических процессов на современном уровне представления о термодинамике открытых систем, разви­тие которых связано с именами выдающихся физиков XX в. Ильи Пригожина, фон Берталанфи и др.

 

 

12