grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Принципы биорегуляции

Краткое описание: 
Общие принципы биорегуляции можно выделить на основе анализа и обобщения конкретных способов управления работой биосистем.

Основные принципы биорегуляции

  1. Пороговый принцип

Порог – это граница перехода количественных изменений в качественные.

  Пороговый принцип означает, что количественные изменения переходят в качественные только после достижения определенного порога, определённого уровня. Это один из важнейших и универсальных принципов работы любых биосистем.

Обычно порогом является или определённая пороговая концентрация вещества, или пороговый электрический потенциал.
 
Пример порогового принципа в работе нейронов
Нейроны проводят по своим отросткам возбуждение в виде нервного импульса, но передается возбуждение на другой нейрон через синапс уже в виде локального потенциала, а не в виде нервного импульса. И только при достижении порога в виде критического уровня деполяризации локальный потенциал превращается в потенциал действия и рождается нервный импульс.
Нервный импульс – это движущаяся волна возбуждения, включающая в себя 3 процесса:
  1. Структурный – открытие и закрытие ионных каналов.
  2. Химический – перемещение ионов через мембрану.
  3. Электрический – изменение электрического заряда мембраны.
Потенциал действия - более узкое понятие, он является электрической составляющей нервного импульса.
Локальный потенциал должен достичь определенного порога, чтобы превратиться в нервный импульс.
  1. Концентрация и деконцентрация – означает, что направление многих процессов определяется соотношением концентраций участвующих в них веществ. Можно сказать, что разность концентраций вещества задаёт вектор его перемещения. Изменение концентрации активного вещества является важным способом управления ходом реакции. Принцип концентрации совмещен с пороговым принципом.

Повышая или понижая концентрацию какого-либо вещества, клетка включает его в свои биохимические реакции или исключает из них.

Приведём следующий пример регуляции процессов с помощью увеличения и уменьшения концентрации веществ. Натрий-калиевый насос изменяет концентрацию ионов, находящихся по разные стороны клеточной мембраны. Он повышает концентрацию ионов калия внутри клетки и уменьшает её снаружи, а с ионами натрия всё проделывает наоборот. За счёт этого ионный насос создаёт сразу два "химических потенциала": для Na+ и для K+, только их векторы направлены навстречу друг другу. Концентрация Na+ превышена снаружи, поэтому вектор его химического потенциала направлен внутрь клетки, а концентрация K+ превышена внутри клетки, поэтому вектор его химического потенциала направлен наружу. В случае открытия в мембране специальных отверстий (ионных каналов), через которые могут перемещаться эти ионы, ионы натрия начнут входить в клетку, а ионы калия - выходить из клетки. Таким образом, концентрация и деконцентрация этих вещест задаёт направление для их перемещения и создаёт условия для протекания электрических процессов, вызванных этими перемещениями (т.е. ионных токов).
 
Проявление принципа концентрации на уровне биосферы
Жизнь начинается с бактерий. Они широко и равномерно распределены по местам своего обитания, но есть места их скопления с повышенной концентрацией и, наоборот, места с пониженной концентрацией. В процессе расселения бактерий создаются зоны и очаги с их разной концентрацией.
Растения резко повышают концентрацию живого вещества и за счёт этого круговорот веществ в природе идет более активно и концентрированно.
Животные продолжают процесс повышения концентрации живых и биогенных веществ. Перепад концентрации биогенных веществ за счё этого возрастает. Интенсивность круговорота веществ увеличивается.
В подобных случаях изменения концентрации живого вещества также управляют направлением и интенсивностью перемещения веществ.
  1. Каскадный принцип - он включает в себя принцип концентрации и пороговый.
Каскад – это последовательная многоэтапная разветвлённая цепочка реакций с нарастанием числа участников (т.е. веществ) на каждом этапе.
 
1. Первый этап. Сначала на первом этапе (1) в реакцию вовлечено мало субстрата (S1) и мало катализатора, т.е. фермента (F1) => в результате на этом этапе образуется мало продукта реакции (Р1).
2. Второй этап. Очень важное значение имеет то, что в каскадных реакциях продукт первого этапа P1 является в то же самое время ферментом для второго этапа, т.е. на втором этапе его уже можно обозначить как F2. Он действует на новый субстрат S2 => и в результате на втором этапе становится уже больше продукта P2 по сравнению с продуктом Р1 на первом этапе.
3. Третий этап. На третьем этапе продукт предыдущего этапа P2 начинает играть роль фермента F3. Увеличившееся количество катализатора-фермента F3 действует на большее количество S3 => в результате вырабатывается очень много P3, который входит в четвёртый этап каскада уже как фермент F4 и т.д.
В итоге через несколько этапов получается очень большое количество нужного конечного продукта P.
  1. Более частный принцип: Суммация и интеграция воздействий на подпороговом уровне.
  2. Гомеостатический принцип – это поддержание избранного параметра в заданных пределах за счёт включения реакций, противодействующих отклонению параметра.
Отклонение параметра запускает реакции, противодействующие этому отклонению и возвращающие параметр к исходному значению.
Для устранения сильных отклонений включаются дополнительные противодействующие реакции – это происходит при выходе параметра за новые пределы (в этом здесь проявляется пороговый принцип).
  1. Принцип обратной связи
Обратная связь (ОС) - это влияние объекта управления (ОУ) на субъект управления (СУ) или же влияние результатов деятельности объекта (ОУ) на состояние субъекта управления (СУ).
Общий результат обратной связи – отладка системы для достижения оптимального результата.
Существует 2 варианта ОС: положительная обратная связь и отрицательная обратная связь.
  • Положительная обратная связь – управляемый объект (ОУ) усиливает действие управляющего субъекта, за счёт чего усиливается управляющее воздействие и усиливается работа управляемого объекта.
Результат: быстрое нарастание силы реакции или процесса и вовлечение в процесс всех доступных ресурсов. Процесс заканчивается только после исчерпания всех ресурсов или в результате внешнего гасящего воздействия.
  • Отрицательная обратная связь – управляемый объект (ОУ) уменьшает воздействие на себя управляющего субъекта (СУ) за счёт торможения его деятельности.
Принцип отрицательной обратной связи является одним из самых важных принципов регуляции и управления в биосистемах. Управляемый объект оказывает тормозящее явление на управляющий центр. В ответ на это уменьшается возбуждение от управляющего центра. Соответственно управляемый объект снижает своё тормозящее влияние на управляющий центр.
В целом такая система поддерживает равновесный процесс.
Возможны 2 результата:
1. Поддерживается постоянный уровень деятельности системы.
2. Возникают колебательные процессы вокруг определенного среднего уровня.
В целом отрицательные обратные связи способствуют отладке работы системы.
  1. Дублирование связей и каналов управления
В живых системах всегда используется несколько параллельных путей регуляции. Если нарушается один, то работают другие, этим обеспечивается надёжная работа биологических систем.
 
     8. Иерархическое построение - соподчинение систем разного уровня.
 

© Сазонов В.Ф., 2012.  © kineziolog.bodhy.ru, 2012.

Ваша оценка: 
1.5
Средняя: 1.5 (8 проголосовавших)