Понятие нормы в физиологии. Отрицательная обратная связь в организме

Диапазон нормальных значений каждого показателя достаточно узок, а значения, выходящие за пределы этих диапазонов, обычно связаны с патологией.
Особенно важны предельно допустимые значения, отклонение от которых сопряжено с угрозой жизни. Так, повышение температуры тела лишь на 7°С приводит к усилению клеточного метаболизма и по типу порочного круга — к разрушению клеток. Нужно отметить, что границы нормальных значений рН также очень узки. Нормальное значение рН составляет 7,4, и его отклонение в ту или другую сторону всего на 0,5 несовместимо с жизнью.

Важнейшее значение имеет также концентрация ионов калия. Снижение ее всего лишь на 1/3 скорее всего вызовет паралич, поскольку нервные волокна будут не способны проводить возбуждение. Напротив, увеличение содержания ионов калия в 2 и более раз может привести к тяжелому угнетению сократимости миокарда. Снижение уровня ионов кальция более чем в 2 раза может приводить к тетаническим сокращениям скелетных мышц вследствие спонтанного возбуждения нервов. Если уровень глюкозы уменьшается в 2 раза, возникает раздражительность, а иногда и судороги.

Из этих примеров ясно, насколько важны и даже необходимы многочисленные регуляторные системы организма для поддержания его в нормальном состоянии. Отсутствие любой из этих систем может приводить к тяжелым последствиям и даже смерти.

Отрицательная обратная связь в организме

Работа большинства регуляторных систем основана на принципе отрицательной обратной связи, который можно понять, обратившись к некоторым из приведенных ранее примеров. Так, при регуляции уровня углекислого газа его высокая концентрация во внеклеточной жидкости увеличивает вентиляцию легких. В свою очередь, это снижает уровень углекислого газа во внеклеточной жидкости, поскольку легкие выводят из организма большое его количество.

Другими словами, повышение концентрации углекислого газа запускает цепь реакций по снижению его содержания до нормы, что является отрицательным по отношению к запускающему фактору. Напротив, при слишком сильном снижении уровня углекислого газа обратная связь приведет к его увеличению. По отношению к запускающему фактору это действие также будет отрицательным.

Примерно так же регулируется и артериальное давление: повышение показателя запускает серию реакций, способствующих его снижению, а снижение — реакций, обеспечивающих его повышение. В обоих случаях результат воздействия является отрицательным по отношению к запускающему сигналу.

Таким образом, когда некий параметр становится слишком высоким или низким, регуляторные системы включают отрицательные обратные связи, которые путем некоторых изменений возвращают параметр к некоему усредненному значению и поддерживают гомеостаз.

Коэффициент надежности регуляторных систем. Эффективность регуляторных систем в поддержании гомеостаза определяется коэффициентом надежности отрицательной обратной связи. Представим, например, что больному, у которого не функционирует барорецепторная система поддержания давления, перелили большой объем крови, и артериальное давление у него увеличилось от 100 до 175 мм рт. ст.

Допустим, что при нормальном функционировании барорецепторной системы у того же больного артериальное давление в ответ на переливание крови увеличивается всего на 25 мм рт. ст. Из этого следует, что система обратной связи скорректировала изменение давления на -50 мм рт. ст. (вместо 175 стало 125 мм рт. ст.). Оставшаяся прибавка в +25 мм рт. ст., называемая ошибкой, показывает, что эффективность регуляторной системы составляет менее 100%. Коэффициент надежности системы (КНС) рассчитывают по формуле: КНС=коррекция/ошибка.

Таким образом, в примере с барорецепторной системой коррекция составляет -50 мм рт. ст., ошибка — +25 мм рт. ст., поэтому значение КНС системы регуляции артериального давления составляет -2 (-50 : 25). Итак, благодаря работе регуляторной системы повышение или снижение артериального давления оказывается в 3 раза меньше, чем могло быть при отсутствии этой системы.

Некоторые другие физиологические регуляторные системы обладают более высокой эффективностью. Так, при умеренном охлаждении тела терморегуляция обеспечивает коррекцию с коэффициентом надежности -33. Очевидно, что система терморегуляции, контролирующая температуру тела, более эффективна, чем барорецепторная система регуляции артериального давления.

Источник: http://meduniver.com