textarchive.ru

Главная > Книга


Самые различные физиологические ситуации (задачи) можно разбить на две большие группы.

1. Для решения задачи требуется проанализировать структурные или функциональные особенности той или иной системы. По условию эта система не взаимодействует с какими-либо другими системами.

2. Необходимо рассмотреть взаимодействие систем и объяснить или предсказать результат этого взаимодействия.

Для решения задач, входящих в любую из этих групп, мы будем использовать четыре правила. Вот они.

• Правило АСС – анализ системы структурный.

• Правило АСФ – анализ системы функциональный.

• Правило САС – сравнительный анализ систем.

• Правило АРР-ВС – анализ различных результатов взаимодействия систем.

Рассмотрим конкретные примеры применения этих правил.

4.1. Анализсистемыструктурный (правилоАСС)

Для объяснения каких-то особенностей (свойств) системы, в первую очередь особенностей протекающих в ней процессов, необходимо найти тот ее структурный элемент, который определяет данную особенность (свойство) системы. Следовательно, нужно установить связь между особенностями этого элемента и свойствами системы в целом. Иногда такой элемент упоминается в условии задачи. Тогда начинать нужно с него.

В простейших ситуациях элементы системы можно представить мысленно. В более сложных случаях необходимо графическое изображение.

Пример 4.1. Почемувмякотныхибезмякотныхнервахвозбуждение подчиняетсязаконуизолированногопроведеният. е., непереходит содноговолокнанадругое?

Ответ. Один элемент упомянут. Мякотные нервы – это такие, в которых каждое волокно покрыто миелиновой оболочкой. А миелин в электрическом отношении – хороший изолятор. Здесь ответ ясен. Но для дополнительной тренировки построим последовательность рассуждений. Она такова.

1. Возбуждение в нерве – это поток нервных импульсов.

2. Нервные импульсы – это потенциалы действия.

3. Чтобы потенциал действия волокна не мог вызвать возбуждение в соседнем волокне, между ними должен находиться какой-то элемент, свойства которого и определяли бы невозможность такого перехода возбуждения.

4. В мякотных нервах таким элементом является миелин – хороший изолятор. А как же быть с безмякотными волокнами, где нет миелина?

5. Элемент, находящийся между безмякотными волокнами, – это межклеточная жидкость.

6. Эта жидкость не может быть изолятором, наоборот, она хорошо электропроводна, потому что содержит много ионов.

7. Но именно благодаря большой электропроводности межклеточной жидкости по сравнению с мембраной волокна, эта жидкость играет роль электрического шунта. Поэтому местные токи, возникающие при распространении потенциала действия по волокну, не могут деполяризовать мембрану соседних волокон. Ток в основном «уходит по шунту».

Мы специально так подробно разобрали этот простой пример, чтобы в дальнейшем Вам была понятна логика рассуждений при использовании правила АСС.

Пример 4.2. Оноченьблизоккпредыдущему. Сердечнаямышцапредставляетсобойфункциональныйсинцитий. Благодаряэтомувозникшее возбуждениебыстроохватываетвсюмышцу. Почему?

Ответ. Анатомический синцитий – это единая сеть волокон. В функциональном синцитии волокна отграничены друг от друга, тем не менее возбуждение легко переходит с одних волокон на другие. Значит, в отличие от предыдущей задачи в данном случае между волокнами должны быть элементы, которые не затрудняют, а наоборот, облегчают переход возбуждения с одних волокон на другие. Эти элементы – нексусы, обладающие повышенной проводимостью.

Можно поинтересоваться, а чем конкретно определяется повышенная проводимость нексусов? Для этого потребуется перейти на микроуровень, построить на этом уровне систему «нексус» и рассмотреть особенности ее элементов. Но в нашем примере это не обязательно.

Пример 4.3. Внастоящеевремясозданыустройства, которыеможно назватьискусственнойподжелудочнойжелезой. Точнееинкреторной еечастью. Устройствовживляетсяворганизмивремяотвремени выбрасываетвкровьопределенноеколичествоинсулина. Вчемсостоит главныйнедостатокэтогоискусственногооргана? Какможноего усовершенствовать?

Ответ. Достаточно построить простейшую систему «регуляция уровня сахара крови» (рис. 4.1), чтобы получить ответ. В естественных условиях поступление инсулина в кровь зависит от уровня сахара крови в данный момент. Информация об этом поступает по обратной связи от глюкорецепторов. В искусственной железе такого элемента нет. Но его можно создать. Уже появились специальные датчики, позволяющие дозировать количество инсулина, поступающего в кровь из указанного устройства, в зависимости от содержания в ней глюкозы.

Переходим к следующему правилу.

4.2. Анализсистемыфункциональный (правилоАСФ)

Это правило аналогично правилу АСС. Разница состоит в том, что в данном случае анализ проводят по отношению не к структурному элементу, а функциональному. Соответственно обращают внимание не на особенности структуры данного элемента, а на то как он работает, в чем состоят особенности процессов, которые он обеспечивает.

Пример 4.4.Укальмаровинекоторыхдругихголовоногихмоллюсков имеютсягигантскиеаксоны. Ихдиаметрвсотниразпревышаеттаковойуобычныхаксонов. Неслучайноименнонагигантскихаксонахбыли проведеныисследования, послужившиеосновойдляразработкисовременнойтеориибиопотенциалов. Очевидно, входеэволюциигигантские аксоныпоявилисьнепотомучтоэтооченьудобныйобъектдляученых. Вчемжеистиннаяпричина?

Ответ. В условии задачи упоминается система («кальмар») и один из элементов этой системы («гигантский аксон»). Взаимодействие с какой-либо другой системой в условие задачи не входит. Нас интересует функционирование элемента «гигантский аксон» в системе «кальмар». Значит, будем использовать правило АСФ. Теперь решим, на уровне какой системы целесообразно работать. Вспомните пример с большим пальцем руки. Если выяснять его значение на уровне системы «человек» или даже «рука», то найти решение будет весьма затруднительно.

Слишком много в этих системах элементов, не имеющих прямого отношения к большому пальцу. Так и в данном случае многие студенты, которым предлагали эту задачу, пытались начать с системы «кальмар» и соответственно выяснять, где кальмар живет, каковы особенности его строения и т.д. Но эта система слишком велика для элемента «аксон» и на таком уровне можно быстро и безнадежно запутаться. Какую же систему выбрать для последующей работы?

В условии задачи о такой системе ничего не говорится. Тогда придется задать ряд вопросов, чтобы получить необходимую дополнительную информацию. Такие вопросы нужно научиться ставить перед собой всегда при решении подобных задач. Они позволяют выделить ту минимальную систему, в которой наглядно проявляется функция интересующего нас элемента. Практика показывает, что обычно бывает достаточно задать от двух до четырех-пяти таких последовательных вопросов. Не более.

Вопрос 1.Чтотакоеаксон, вчемсостоитегофункция?

Ответ. Аксон – это отросток (обычно длинный), отходящий от тела нервной клетки. Его функция – проводить импульсы к исполнительному органу или к другой нервной клетке.

Вопрос 2.Вчемконкретносостоитфункциягигантскогоаксонакальмара?

Ответ. Он проводит импульсы от нервного центра к реактивному органу, который имеется у головоногих моллюсков.

Таким образом уже после двух вопросов мы получили искомую систему (рис. 4.2).

Теперь продолжим задавать вопросы в соответствии с правилом АСФ, т. е., выясняя как функционируют элементы системы, выбранной нами для рассмотрения.

Вопрос 3.Вчемсостоитфункцияреактивногоорганакальмара?

Ответ. Этот орган обеспечивает защиту от опасности. Он выбрасывает облако чернильной жидкости, лишая врага видимости, а сам кальмар, как ракета, совершает резкий скачок в противоположном направлении.

Понятно, что реактивный орган должен срабатывать очень быстро, иначе его хозяин будет съеден. Но для того чтобы реактивный орган мог при появлении противника быстро сработать, он должен быстро получить соответствующую команду.

Теперь осталось найти связь между элементами, о чем мы уже много раз говорили. С одной стороны большой диаметр, с другой – необходима большая скорость проведения возбуждения.

Вопрос 4 ипоследний. Какзависитскоростьпроведениявозбуждения отдиаметранервноговолокна?

Ответ. (Он Вам уже ясен). Скорость повышается с увеличением диаметра.

Примечание»У высокоразвитых организмов эволюция пошла другим путем. У них нервные волокна покрыты миелиновой оболочкой, а возбуждение движется скачками по перехватам Ранвье. Поэтому даже в тонких волокнах обеспечивается достаточно большая скорость проведения.

Внимательно разберите этот пример. Он поможет Вам самостоятельно решить остальные.

Пример 4.5. Средивеликогомножестваклетокорганизмаэритроциты выделяютсятем, чтонеимеютядра. Вчемфизиологическийсмысл этого?

Решение. Система – «эритроцит». Элемент – «ядро» (которого нет). Взаимодействие с другой системой не рассматривается. Применяем правило АСФ. В данном случае система, указанная в условии, полностью подходит для того чтобы провести анализ именно на ее уровне. Начинаем задавать вопросы.

Вопрос 1. Длячегоклеткамнужноядро?

Ответ. Оно содержит генетическую информацию, необходимую для синтеза различных белков.

Вопрос 2. Чтонеобходимодлясинтезабелка, кромесоответствующей генетическойинформации?

Ответ. Набор аминокислот и энергия, используемая для образования пептидных связей в молекуле белка, а также для работы ряда ферментов.

Вопрос 3.Вчемсостоитглавнаяфункцияэритроцитов? Ответ. Захват кислорода и доставка его во все клетки организма.

Вопрос 4. Длячегоклеткамнеобходимкислород?

Ответ. Для обеспечения протекания различных химических реакций, в результате чего освобождается необходимая клеткам энергия.

Пусть Вас не смущает то, что некоторые вопросы могут показаться «детскими». Главное – последовательность рассуждений. Не стесняйтесь задавать себе подобные вопросы хотя бы мысленно. Они помогают прокладывать дорогу к цели.

А в рассматриваемом примере мы пришли к решению. Благодаря тому, что в эритроците нет ядра, он из того количества кислорода, которое «перевозит», потребляет лишь очень небольшую часть. Расчеты показывают, что при наличии ядра эритроцит потреблял бы в 200 раз больше кислорода. А что тогда доставалось бы бедным остальным клеткам! Еще раз восхитимся мудростью природы и подумаем о понятии «биологический смысл».

Примечание. Из полученного ответа возникают новые интересные вопросы. Раз в эритроците нет ядра, значит, не идет синтез белков в том числе и гемоглобина. К чему это должно приводить? А почему в несозревших окончательно эритроцитах ядро есть? Во всех клетках матричная РНК разрушается довольно быстро, а в созревшем эритроците сохраняется дольше. В чем физиологический смысл этого? Почему в крови иногда обнаруживаются эритроциты с ядрами? Попробуйте разобраться в этих хитростях самостоятельно.

Пример 4.6. Какдоказатьвэкспериментенаживотном, чтовкаком-либоорганеидетусиленноеобразованиетепло? Саморгантруднодоступенипоэтомуустановитьнепосредственнонаегоповерхности датчикинельзя.

Ответ. Очевидно, что орган – это и есть та система, на уровне которой нужно начинать работу. Проще всего было бы измерить температуру поверхности органа, но по условию задачи это невозможно. Значит, поищем другой элемент, который отражает температурные изменения, происходящие в органе, но при этом не является его составной частью. Если этот элемент не входит в состав самого органа, то он должен «проходить» через орган и по дороге нагреваться. Понятно, что это кровь. Полученная система очень проста (рис. 4.3).

Остается сравнить температуру крови, притекающей к органу и оттекающей от него. Оттекающая кровь будет теплее. Можно также сравнить температуру стенок соответствующих сосудов с тем же результатом.

В некоторых задачах будут встречаться ситуации, в которых речь идет не об одной, а двух системах, не взаимодействующих между собой. В таких случаях потребуется сравнить эти системы, применив как бы

удвоенное правило АСС или АСФ. Здесь будем использовать правила САС – сравнительный анализ систем.

4.3. Сравнительныйанализсистем (правилоСАС)

Если нужно определить, с чем связаны различия в функционировании двух систем, следует применить правило АСС или АСФ поочередно к каждой из систем, затем произвести их сравнение и найти элемент, особенности которого определяют различия систем в целом.

Это правило проще всего проиллюстрировать на уже рассмотренном примере 4.1. Для этого несколько изменим вопрос задачи.

Пример 4.7. Почемувмякотныхволокнахдажемалогодиаметравозбуждениераспространяетсядостаточнобыстропосравнениюсболее, толстымибезмякотнымиволокнами?

Ответ. Нужно сравнить функционирование двух систем – «мякотное волокно» и «безмякотное волокно». Применяем правило САС. Какой элемент обеспечивает распространение потенциала действия вдоль любого волокна? Это «местный ток», возникающий между возбужденным и невозбужденным участками. Отличается ли этот элемент в рассматриваемых системах? Да. В безмякотном волокне указанные участки находятся рядом, а в мякотном – на некотором расстоянии друг от друга, так как местный ток может пройти через мембрану волокна только там, где отсутствует миелиновая оболочка т. е., в перехватах Ранвье. Поэтому в мякотных волокнах возбуждение движется скачками, сальтаторно – от перехвата к перехвату, что и определяет более быстрое распространение.

Аналогичным образом применяется правило САС и в других задачах, где требуется сравнить две системы.

Следующее и последнее правило имеет очень широкое применение. Его можно эффективно использовать не только в физиологии, но и во многих других областях. Это правило позволяет успешно решать самые различные задачи, сущность которых сводится к следующему. Нужно предсказать или объяснить результат взаимодействия каких-либо систем. В частности, и это очень важная особенность данного правила, объяснить различия результатов, получаемых при взаимодействии разных систем.

Сущность правила вытекает из его названия АРР-ВС анализ различных результатов взаимодействия систем. Прежде чем сформулировать правило и перейти к примерам его использования, введем необходимые термины.

Взаимодействие систем будем называть их пересечением, а сами системы – пересекающимися. На рис. 4.4 изображены пересекающиеся и непересекающиеся системы. Из него видно, что системы не могут

взаимодействовать всеми своими элементами. Пересечение затрагивает ограниченное их число. Во многих случаях его можно свести всего к двум – по одному элементу из каждой системы. Участок, в котором происходит пересечение, назовем узлом пересечения. Это – основной пункт в применении правила АРР-ВС. Как Вы увидите в дальнейшем, именно анализ узлов пересечения позволяет успешно решать многие задачи. Поэтому остановимся на данном понятии более подробно.

Рассмотрим простой пример. Допустим, на столе лежат рядом тетрадь и шариковая ручка. Обе эти системы взаимодействуют с системой «стол», так как оказывают на него некоторое давление. Но величина этого давления настолько мала, что данное взаимодействие (пересечение) систем не представляет для нас никакого интереса. Между собой же системы «ручка» и «тетрадь» пока никак не взаимодействуют и, следовательно, не пересекаются. Но, если мы начнем писать в тетради, то теперь системы станут пересекающимися. При этом понятно, что в пересечении участвуют далеко не все элементы. Например, обложка тетради и колпачок ручки никакого отношению к появлению на бумаге букв не имеют. В узле пересечения от системы «ручка» участвует элемент «шарик с пастой», а от системы «тетрадь» – элемент «участок бумаги под шариком».

Если ручка вдруг перестала писать, иначе говоря взаимодействие систем изменилось, то для выяснения причины этого мы будем анализировать только узел пересечения. Возможно, что на шарике больше нет пасты, или он «присох» или на участке бумаги под шариком оказалось жировое пятно. Главное – это то, что нарушение или изменение взаимодействия систем может быть связано только с какими-то изменениями в узлах пересечения.

Примечание. Если строго придерживаться упоминавшейся выше терминологии, то «ручка» и «тетрадь» – это квазисистемы. Но на логику рассуждений данное обстоятельство никак не влияет. Поэтому еще раз напомним, что в дальнейшем для облегчения восприятия будем использовать общий термин «система» применительно ко всем ситуациям, которые будут встречаться в решаемых задачах.

Теперь можно перейти к рассмотрению применения правила АРР-ВС. Взаимодействие систем встречается в нескольких вариантах.

Вариант 1-1. Одна система взаимодействует с другой. Например, система «надпочечник» выделяет адреналин, который оказывает влияние на работу системы «сердце». В зависимости от состояния этих систем результаты их пересечения могут быть различными.

Вариант 2-1. Две системы независимо друг от друга воздействуют на третью систему. При этом в каждом случае результаты пересечения систем оказываются различными. Например, если взять свежую кровь и одну ее порцию поместить в обычную пробирку, а другую в пробирку, стенки которой покрыты парафином, то во второй пробирке свертывание будет происходить медленней, чем в первой. Здесь две системы – «стеклянная пробирка» и «парафиновая пробирка» по-разному взаимодействуют с системой «кровь».

Вариант 1-2. Одна система воздействует на две других. Например, изучают влияние высокой температуры среды на организм. Если мы поместим в тепловую камеру двух собак, то система «тепловая камера» будет одновременно пересекаться с системой «первая собака» и системой «вторая собака». Если состояние собак различно, то будут различаться и полученные, результаты.

В последнем случае одна система воздействовала на две других одновременно. Возможна и другая ситуация – одна система последовательно воздействует на другую систему, причем эта последняя в каждом случае находится в разных состояниях. Таким образом вариант 1-2 может иметь два подварианта. Например, если медсестра утром делает инъекцию одного и того же препарата двум больным, – это первый подвариант. Если инъекцию делают одному и тому же больному, но сначала утром, а потом вечером, то это второй подвариант.

Теперь можно, наконец, сформулировать правило АРР-ВС.

4.4. Анализразличныхрезультатов взаимодействиясистем (правилоАРР-ВС)

Если нужно предсказать заранее неизвестный результат взаимодействия систем, или найти причину получения различных результатов при взаимодействии разных систем, необходимо построить узлы пересечения рассматриваемых систем и сравнить различия в узлах пересечения с особенностями ожидаемых или уже полученных результатов.

Правило АРР-ВС имеет две формы. Если различия узлов пересечения известны заранее и нужно предсказать различия ожидаемых результатов взаимодействия систем, будем говорить о прямом правиле АРР-ВС. Если известны различия полученных результатов и нужно найти объясняющие их различия в узлах пересечения, то в этом случае применяют обратное правило АРР-ВС.

Для иллюстрации использования каждой из указанных форм правила АРР-ВС вернемся к рассмотренному выше примеру свертывания крови в двух разных пробирках.

Пример 4.8. Допустим, мынезнаемзаранее, вкакойизпробироккровь свернетсябыстрее. Этотрезультатнужнопредсказать. Нозатонам заранееизвестно, вчемсостоятразличиямеждупробирками. Воднойстенкистеклянные, вдругойпокрытыпарафином. Построимузлы пересечения. Состоронысистемы«кровь»внемнаходитсяэлемент «кровяныефакторысвертывания». Состоронысистемы«пробирка»элемент«внутренняяповерхностьстенок», которыйнепосредственно взаимодействуетскровью. Длятогочтобыначалсяпроцесссвертывания, должнопроизойтиразрушениетромбоцитовиэритроцитов, что приведеткосвобождениюфакторовсвертывания. Такимобразомсосторонысистемы«кровь»вузелпересечениянужновключитьобозначенный болееточноэлемент«разрушениеклетоккрови». Эторазрушениепроисходитзасчеттрениямеждукровьюистенкамипробирки.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. - естественные науки - физико-математические науки - химические науки - науки о земле (геодезические геофизические геологические и географические науки) (7)

    Список учебников
    ... Леках, ВикторАронович. Больные вопросы современной онкологии и новые подходы в лечении онкологических заболеваний / Леках, ВикторАронович ... свое понимание процессов ... системном - ключе. Освещаются современное ... вклад врачей-физиологов в становление ...
  2. - естественные науки - физико-математические науки - химические науки - науки о земле (геодезические геофизические геологические и географические науки) (8)

    Список учебников
    ... Леках, ВикторАронович. Больные вопросы современной онкологии и новые подходы в лечении онкологических заболеваний / Леках, ВикторАронович ... свое понимание процессов ... системном - ключе. Освещаются современное ... вклад врачей-физиологов в становление ...
  3. Титул Вместо предисловия

    Книга
    ... сделает себе лекало, поскольку ... История в данном ключе ее понимания - это постоянное ... в 46 лет. Виктория Бенедиктсон. Шведская писательница ... . Таршис Иосиф Аронович, Мануильский Григорий ... Виллем Эйнтховен - физиолог, изобрел электрокардиограф. Хейке ...
  4. Титул Вместо предисловия

    Книга
    ... сделает себе лекало, поскольку ... История в данном ключе ее понимания - это постоянное ... в 46 лет. Виктория Бенедиктсон. Шведская писательница ... . Таршис Иосиф Аронович, Мануильский Григорий ... Виллем Эйнтховен - физиолог, изобрел электрокардиограф. Хейке ...
  5. Нюхтилин в – мельхиседек

    Книга
    ... сделает себе лекало, поскольку ... История в данном ключе ее понимания - это постоянное ... в 46 лет. Виктория Бенедиктсон. Шведская писательница ... . Таршис Иосиф Аронович, Мануильский Григорий ... Виллем Эйнтховен - физиолог, изобрел электрокардиограф. Хейке ...

Другие похожие документы..