Биологическая надежность. Принцип резервирования функции. Чему должна быть равна дистанция спинки

Под надежностью системы понимают ее способность выполнять определенные функции с заданными характеристиками в определенных условиях в течение требуемого периода времени. Высокая надежность биосистем является эволюционно сформированным неотъемлимым их свойством. Оно обеспечивает эффективное функционирование организма в условиях постоянного действия большого числа случайных факторов. И хотя очевидно, что биологические системы "построены" из малонадежных элементов, их высокая надежность достигается за счет реализации общих принципов функционирования сложных систем. К этим принципам относятся резервирование элементов системы (их повторяемость) и механизмы ремонта разрушающихся элементов.[ ...]

Согласно концепции надежности, элементы системы могут находиться в двух состояниях: активном (рабочем) и неактивном (отказ). Под отказом элемента системы понимают выход его характеристик за допустимые пределы или полное прекращение функционирования. Отказом биообъекта считают его смерть.[ ...]

Подробный анализ механизмов обеспечения надежности клетки на уровне генома и множественных негенетических структур проведен в монографии Д.М.Гродзинского (1983). Мы остановимся только на некоторых общих положениях проблемы.[ ...]

Сохранение живой системы при постоянных внешних и внутренних "помехах" возможно только при высокой надежности хранения и передачи наследственной информации в поколениях и от генома к негенетическим структурам клетки. Утверждают даже (Патти, 1970), что различия между живой и неживой природой заключаются не в уникальном строении макромолекул, матричной репликации или регуляции метаболизма, а в высокой надежности молекулярных кодов, т.е. связи между генотипом и фенотипом.[ ...]

Отказы в генетической системе имеют для клетки драматические последствия: сильное нарушение функции, появление мутаций или гибель. Поддержанию надежности генетического аппарата способствует резервирование его элементов: двухсшральность ДНК, многоядер-ность, увеличение плоидности (количества генов в одном ядре). Однако возрастание устойчивости не пропорционально количеству ДНК и важную роль играет структурно-функциональная организация хромосом.[ ...]

Подсчитано, что в геноме животной клетки в течение суток образуется Ю5 спонтанных повреждений ДНК (Виленчик, 1980). У растения эта величина должна быть больше, так как оно имеет меньше возможностей избегать внешних воздействий. Нарушения в геноме устраняются при помощи различных типов репарационных механизмов. Они изучены преимущественно на микробных и животных клетках, подвергнутых действию УФ и ионизирующей радиации. Процессы восстановления поврежденной ДНК обнаружены и у растительных клеток.[ ...]

Принципы разных способов защиты генома клетки далеко не всегда очевидны. На примере развития радиобиологии можно проследить, как первоначальный интерес к резервированию уникальных структур (размер и число мишеней) в последующие годы уступил место изучению механизмов ремонта поврежденных структур.[ ...]

Для нормальной работы генома клетки важно надежное функционирование массовых структур, строгая внутриклеточная структурнофункциональная организация метаболизма. Повреждение мембран клетки ведет к ингибированию репарационных систем ДНК (Поливода и др., 1990). Значительные нарушения различных макромолекул не совместимы с сохранением жизнеспособности клетки.[ ...]

Для организации метаболизма клетки характерно глубокое резервирование. В клетке существуют запасы (фонды) продуктов метаболизма и интермедиатов: аминокислоты, простые и сложные сахара, нуклеотиды, липиды, АТФ, ионы и др. Резерв метаболитов поддерживается в некоторое определенных пределах, так как клетка не должна перегружаться ими. Объемы фондов это динамическая величина, поскольку они постоянно обновляются с характерными скоростями.[ ...]

Фонды метаболитов не равномерно распределены по клетке, а разделены мембранами и локализованы в отдельных отсеках (камерах, компартментах). Компартменты метаболических фондов клетки связаны между собой транспортными потоками. В соответствии с избирательной проницаемостью мембран происходит пространственное перераспределение интермедиатов и продуктов обмена. Например, в клетке запас АТФ поддерживается за счет "горизонтальных" связей процессов фотосинтетического и окислительного фосфоршшрования.

Обусловленность роста и развития полом (половой диморфизм). Половой диморфизм проявляется в особенностях обменного процесса, темпа роста и развития отдельных функциональных систем и организма в целом. Так, мальчики до начала полового созревания имеют более высокие антропометрические показатели. В период полового созревания это соотношение меняется: девочки по показателям длины и массы тела, окружности грудной клетки превосходят своих сверстников. В 15 лет интенсивность роста у мальчиков возрастает, и мальчики по антропометрическим показателям вновь опережают девочек. Этот двойной перекрест кривых возрастного изменения показателей физического развития характерен для нормального физического развития.
Одновременно наблюдается неодинаковый темп развития многих функциональных систем, особенно мышечной, дыхательной и сердечно-сосудистой. Различия имеются не только в физической работоспособности, но и в психофизиологических показателях.
Итак, наряду с общими для обоих полов закономерностями существуют различия в темпах, сроках и показателях роста и развития мальчиков и девочек. Половой диморфизм учитывается при нормировании физических нагрузок, организации образовательного процесса.
Биологическая надежность функциональных систем и организма в целом. Под биологической надежностью организма понимают такой уровень регулирования процессов в организме, при котором обеспечивается их оптимальное протекание в нормальных условиях и экстренная мобилизация резервных возможностей при действии экстремальных факторов, что обеспечивает приспособление к новым условиям, с последующим быстрым возвратом физиологических процессов к исходному состоянию.
Биологическая надежность организма достигается за счет следующих механизмов:

взаимозаменяемости органов и структур (например, у слепых людей существенно возрастает чувствительность органов слуха, обоняния, осязания);
дублирования многих процессов (выведение продуктов метаболизма осуществляется почками, кожей, легкими, желудочно-кишечным трактом);
парность органов (почки, легкие, конечности, слуховой и зрительный анализаторы);
«холодный резерв» (все органы и системы в нормальных условиях функционируют не на пределе своих возможностей, например, сердце находится в режиме сокращения только 8 часов в сутки, только 5-8% альвеол легких участвует в дыхании).

Способностью организма поддерживать функциональное состояние, обеспечивающее его сохранность, развитие, работоспособность и максимальную продолжительность жизни является адаптация. Мерой адаптации является уровень здоровья. Можно выделить несколько параметров, определяющих адаптационные возможности организма:

уровень и гармоничность физического здоровья;
резервные возможности физиологических систем;
уровень иммунной защиты и неспецифической резистентности организма;
наличие (или отсутствие) хронического заболевания, дефекта развития;
уровень морально-волевых и ценностно-мотивационных установок

Адаптация человека к условиям среды носит ярко выраженный социальный характер. Ребенок, как биосоциальное существо, прежде всего, должен приспосабливаться к действию социальных факторов и вырабатывать целесообразные поведенческие реакции для социальной микрогруппы: семья, детский сад, школа и т. д.

Детерминация процесса роста и развития факторами наследственности. Генетическая программа обеспечивает жизненный цикл индивидуального развития, последовательность переключения и дерепрессии генов, контролирующих смену периодов развития в соответствующих условиях питания и воспитания ребенка. Прежде всего это хроногены – гены, изменяющие свои функции по достижению клетками или тканями определенных этапов дифференцировки. Гены переключения детерминируют чередование фаз дифференцировки или пролиферации клеток органов растущего организма.
В настоящее время идентифицировано более 50 генов, расположенных почти во всех хромосомах (кроме половых) и называемых протоонкогенами. Они контролируют процессы нормального роста и дифференцировки клеток.
Под контролем генов находится синтез всех гормонов и факторов, регулирующих рост белков, связывающих гормоны, а также клеточных рецепторов для разных гормонов.
Важнейшее проявление генной регуляции – способность организма стабилизировать процесс роста и возвращаться к заданной программе в тех случаях, когда физическое развитие нарушается под влиянием каких-либо внешних факторов (голодание, инфекция и др.).
В процессе роста генная регуляция обмена веществ и энергии дополняется все более совершенной нейроэндокринной регуляцией, связывающей генетическую программу развития с условиями внешней среды. Благодаря взаимовлиянию генной и нейроэндокринной регуляции каждый период развития характеризуется особыми темпами физического роста, возрастными физиологическими и поведенческими реакциями.
Обусловленность роста и развития средовыми факторами . На рост и физическое развитие детей также оказывают влияние факторы внешней среды: состояние атмосферного воздуха, состав питьевой воды, величина солнечной радиации и др. Влияние природных факторов внешней среды на физическое развитие детей регулируется воздействием социальных условий жизни. Исследованиями, выполненными на кафедре гигиены детей и подростков ММА имени И.М.Сеченова, установлено, что загрязненность атмосферного воздуха различными химическими веществами неблагоприятно влияет на рост и физическое развитие подрастающего поколения. У 35% обследованных детей отмечаются задержка и дисгармоничность развития.
Процессы роста и развития не всегда зависят от биосоциальных факторов. Масса тела детей и подростков в большей степени подвержена действию факторов среды. Она преимущественно определяется количественным и качественным составом пищи, режимом питания, двигательной активностью, организацией физического воспитания.
Тип высшей нервной деятельности, сила и подвижность нервных процессов определяются генетическими факторами. Развитие моторики (сила, выносливость, быстрота), деятельность вегетативной нервной системы (частота пульса, минутный объем кровообращения, частота и глубина дыхания, ЖЕЛ, реакция на физическую нагрузку, температурное воздействие и др.) зависят от влияния факторов среды, соответственно, лучше поддаются регуляции при целенаправленном воздействии на организм ребенка.
Это необходимо учитывать при разработке мероприятий, направленных на улучшение роста, гармоничного развития охраны и укрепления здоровья подрастающего поколения.

Естественно, что организм, непрерывно взаимодействуя с окружающей средой, должен иметь механизмы, обеспечивающие его жизнеспособность в пределах широких колебаний окружающих условий. Поэтому в процессе филогенеза происходило широкое накопление жизненных возможностей, создание своеобразного резерва, который составляет так называемую биологическую надежность организма. Примером, подтверждающим высказанное положение, может служить развитие системы свертывания крови. Известно, что количество тромбина (фермента, вызывающего свертывание крови), содержащегося в 10 мл крови, достаточно для свертывания всей крови человека; в среднем в организме около 5 л крови; следовательно, тромбина одного человека вполне достаточно для превращения в сгусток крови 500 человек. Принимая во внимание, что при свертывании используется лишь часть этого фактора, нетрудно представить колоссальные резервные возможности всей системы.

Принцип надежности присущ как всему организму в целом, так и его системам (центральной нервной системе, дыхательной, пищеварительной и т.д.). Накопление биологической надежности в отдельных органах и системах идет гетерохронно. В первую очередь максимальное увеличение надежности происходит в системах, приобретающих на данном этапе развития решающее значение. Так, например, концентрация факторов, участвующих в свертывании крови, у новорожденного уже близка к уровню взрослого человека. В течение первых двух лет жизни их количество повышается в 2-3 раза. Это увеличение совпадает с периодом овладения ребенком навыками ходьбы и, несомненно, повышает биологическую надежность организма, подвергающегося на данном этапе развития возросшей угрозе травм и повреждений.

Биологическая надежность одних систем обеспечивается дублированием органов (парные почки, легкие, глаза и т.д.); других - взаимозаменяемостью (потеря зрения приводит к обострению слуха и тактильной чувствительности, позволяющей организму адаптироваться к жизненным условиям).

Важной особенностью биологической надежности является то, что в нормальных условиях организм и все его системы функционируют не на пределе своих возможностей, а сохраняют определенный резерв, который может быть использован в экстремальных ситуациях. Это обусловлено наличием избыточных элементов, участвующих в осуществлении любой функции. Так, в двух почках содержится около 2 млн нефронов, тогда как для поддержания гомеостаза внутренней среды организма вполне достаточно 400-500 тыс. единиц. Не случайно поэтому при родственной трансплантации почки донор может отдать реципиенту одну почку практически без всякого ущерба для своего здоровья. В вентиляции легких участвует лишь 15% легочной ткани, а при интенсивной физической работе - 25-30%, остальная часть легочной ткани отражает наличие избыточных элементов. В коре больших полушарий активны 4-15% нервных клеток, что свидетельствует об огромных резервных возможностях нервной системы. Следовательно, увеличение количества функционирующих элементов различных систем организма за счет привлечения резервных структур - один из важных стратегических подходов к повышению его функциональных возможностей.

Одним из факторов, обеспечивающих биологическую надежность систем, является совместное участие разных процессов, органов и регуляторных механизмов в обеспечении гомеостаза. Так, обеспечение клеток кислородом достигается согласованной работой систем дыхания, кровообращения и крови. При этом перенос кислорода кровью происходит в виде физически растворенного и химически связанного соединения. Даже сердце, которое является единственным насосом, перекачивающим кровь по кровеносной системе, имеет около 600 помощников - скелетных мышц, сокращение которых способствует продвижению крови по сосудам. Не случайно умеренные физические нагрузки оказывают благотворное влияние на работу сердца. Содержание сахара в крови регулируется большой группой гормонов: одни (глюкагон, кортизол, адреналин, соматотропин) повышают концентрацию глюкозы в крови, другие (инсулин, сома-тостатин) - понижают. Таким образом, совместная деятельность нескольких содружественных механизмов обеспечивает большую устойчивость и надежность гомеостатических систем. Этот принцип особенно наглядно проявляется при анализе работы функциональных систем организма. Каждая функциональная система для обеспечения полезного для организма результата избирательно объединяет тканевые элементы различного уровня, принадлежащие к разным анатомическим образованиям. В свою очередь, разные функциональные системы для достижения приспособительного результата могут использовать различные или одни и те же органы. Так, сердечная деятельность может усиливаться и для поддержания постоянного уровня артериального давления, и для форсированного газообмена, и для выполнения физической нагрузки, и для сохранения оптимальной температуры тела при перегревании, и т.д. То есть отдельные органы включаются в функциональные системы по принципу взаимодействия для совместного участия в достижении полезного приспособительного результата, поэтому имеется частичная взаимозаменяемость и компенсация при нарушении деятельности каких-либо органов.

Надежность биологической системы наследственно закреплена и позволяет расширять или снижать границы жизненных возможностей человека в зависимости от условий жизни. Так, закаливание организма расширяет резервные возможности температурной адаптации. Неблагоприятные экологические факторы среды приводят к нарушениям функций различных органов и систем, в том числе центральной нервной системы, что выражается в ухудшении здоровья, показателей поведения и способности к обучению.

С биологической надежностью тесно связана еще одна особенность онтогенетического развития - экономизация функций. Она заключается в том, что с возрастом в состоянии физиологического покоя снижается уровень функциональной активности всех органов, обеспечивая, таким образом, увеличение диапазона реагирования. Так, если ЧСС у новорожденного составляет 120-140 ударов в минуту, то к 10 годам она составляет 80-90, а у взрослых - 60-80. Аналогично частота дыхания у новорожденного колеблется в пределах 40-60 циклов в минуту, в 10 лет - 20, а у взрослого - 16-18. Естественно, что при интенсивной физической нагрузке увеличивается ЧСС и дыхания, которая может достигать 170-180 ударов и 30-40 циклов в минуту. Таким образом, больший прирост ЧСС и дыхания у взрослого человека свидетельствует о больших возможностях его органов и систем, т.е. увеличении резервных возможностей.

text_fields

arrow_upward

Надежностью биологической системы называют ее способность сохранять целостность и выполнять свойственные ей функции в течение определенного времени, составляющего, как правило, продолжительность жизни .

Принципи надежности

Свойство надежности обеспечивается рядом принципов :

1. Принцип избыточности

Принцип избыточности - обусловлен наличием большего, чем требуется для реализации функции числа элементов, например, множества нервных клеток и связей между ними (структурная избыточность), множества каналов передачи информации, излишнего ее объема (информационная избыточность) и т.п..

2. Принцип резервирования функции

Принцип резервирования функции - обеспечивается наличием в системе элементов, способных переходить из состояния покоя к деятельности. Это происходит, например, при необходимости повысить интенсивность функционирования, для чего вовлекаются резервные элементы. Так, при спокойном дыхании функционируют (вентилируются) не все альвеолы легких, а при усилении дыхания включаются резервные; в работающей мышце открываются нефункционирующие в покое капилляры. Приведенный вариант реализации принципа резервирования ведет к увеличению числа функционирующих в системе элементов. Особое значение приобретает наличие резервных элементов при повреждении или отказе части действующих структур. При этом вовлечение резервных элементов обеспечивает сохранение функции.

3. Принцип периодичности функционирования

Принцип периодичности функционирования обеспечивает переменную структуру системы и в состоянии физио
логического покоя. Так, в легких постоянно происходит смена вентилируемых альвеол, в почках - функционирующих нефронов, в мозге - возбуждающихся нервных клеток центра и т.д. Периодич ность функционирования «дежурных» и «покоящихся» структур обес печивает защитную роль состояния покоя для всех элементов по стоянно действующей системы.

4. Принцип взаимозаменяемости и замещения функций

Принцип взаимозаменяемости и замещения функций - обеспечивает возможность перестройки функциональ
ных свойств элементов системы, что способствует сохранению функции в условиях отказа или повреждения других элементов. Для центральной нервной системы это проявляется в пластичности мозга, т.е. изменении эффективности и направленности связей между нейронами, способствующей обучению или восстановлению функции после повреждения. Примером замещения функций может являться изменение дыхания, деятельности почек при сдвигах рН крови и
недостаточной эффективности буферных систем.

5. Принцип дублирования

Принцип дублирования, связан, например, с наличием в организме парных органов (легкие, почки). В системах регулирования этот принцип проявляется не только наличием одинаковых структурных элементов - параллельным расположением в нерве большого числа одинаковых нервных волокон, существованием многочисленных клеток или многоклеточных структур с одинаковой функцией (нейроны в мозге, нефроны в почке, тканевые капилляры). Он также обеспечивает одинаковый эффект разными путями регуляции (симпатический и парасимпатический пути регуляции функций сердца, множество сахаррегулирующих гормонов и т.п.). Многоконтурность в системах регуляции физиологических параметров - один из основных способов реализации дублирования.

6. Принцип смещения в ряду сопряженных функций

Принцип смещения в ряду сопряженных функций обеспечивает достижение приспособительного результата при нарушении одной из функций за счет активации другой. Например, при нарушении внешнего дыхания и поступления кислорода в кровь активируется образование эритроцитов, изменяются функции кровообращения, вследствие чего доставка кислорода к тканям не страдает.

7. Принцип усиления, существующий в системах регуляции

Принцип усиления, существующий в системах регуляции, обеспечивает их энергетическую экономичность и в конечном счете также способствует надежности. Для получения мощного регуляторного эффекта совсем не обязательно посылать столь же большое количество сигналов по информационным каналам. Так, весьма не большое количество молекул гормона может вызвать существенное изменение функции. Изменение лишь одной аминокислоты в детерминантной группе белка может придать ей чужеродность, а для иммунного ответа необходимо очень малое количество чужеродных молекул.

Надежность биологических систем обеспечивается и способностью к увеличению массы элементов, испытывающих постоянные рабочие нагрузки (гипертрофия), и регенеративными процессами, восстанавливающими структуру при гибели клеток. Для организма в целом важнейшим способом повышения надежности является приспособительное поведение.

Реактивность

text_fields

arrow_upward

Необходимым свойством живой системы, влияющим на эффективность механизмов регуляции, является реактивность.
Реактивность - это способность живой системы в большей или меньшей мере, так или иначе отвечать (реагировать) изменениями обмена веществ и функции на раздражители внешней или внутренней среды.
Являясь одним из основных свойств, присущих всем уровням организации живой системы, реактивность зависит от функционального состояния реагирующего субстрата. Поэтому характер ответной реакции любой живой системы определяется не только качественными и количественными характеристиками раздражителя, но и реактивностью самой системы. Соответственно, эффекты регуляторных сигналов (нервных импульсов, молекул химических веществ) зависят не только от характеристик этих сигналов, но и от реактивности регулируемого объекта, т.е. эффектора.

Одно из проявлений свойства реактивности получило название правила исходного состояния, согласно которому величина и направленность эффекта регуляторного сигнала зависит от особенностей метаболизма и функции, имевшихся в регулируемой системе перед действием этого сигнала. Сущность этого правила проявляется в следующем. Если функция клетки, ткани, органа или физиологической системы, либо метаболические пути находятся в активированном состоянии, то на стимулирующий регуляторный сигнал отмечается или слабый эффект, или отсутствие эффекта, или даже противоположный эффект, а регулятор подавляющего действия, напротив, вызывает максимально возможный эффект. Если же в исходном состоянии функция или метаболизм снижены, то стимулирующий регулятор вызывает максимальный эффект, а действие подавляющего регулятора ослаблено или даже приводит к стимуляции эффектора.

Механизмы регуляции жизнедеятельности организма

text_fields

arrow_upward

Механизмы регуляции жизнедеятельности организма принято делить на нервные и гуморальные . Первые используют для передачи и переработки информации структуры нервной системы (нейроны, нервные волокна) и импульсы электрических потенциалов, вторые - внутреннюю среду и молекулы химических вешеств.

1. Нервная регуляция

Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов, которые в виде нервных импульсов по соответствующим нервным проводникам поступают к определенному адресату - объекту регуляции. Быстрая передача сигналов (до 80-120 м/с) без затухания и потери энергии обусловлена свойствами проводящих возбуждение структур, преимущественно состоянием их мембран. Нервной регуляции подлежат как соматические (деятельность скелетной мускулатуры), так и вегетативные (деятельность внутренних органов) функции. Это универсальное значение нервной регуляции жизнедеятельности и физиологических функций было положено в основу концепции нервизма, рассматривающей целостность организма как результат деятельности нервной системы. Однако абсолютизация этой концепции до теории физиологии не оставляет места для многообразия уровней и связей в системе регуляции жизнедеятельности механизмов интеграции функций. Элементарный и основной принцип нервной регуляции - рефлекс.

2. Гуморальная регуляция

Гуморальная регуляция представляет собой способ передачи регулирующей информации к эффекторам через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделяемых клетками или специализированными тканями и органами. Этот вид регуляции жизнедеятельности может обеспечивать как относительно автономный местный обмен информацией об особенностях метаболизма и функции клеток и тканей, так и системный эфферентный канал информационной связи, находящийся в большей или меньшей зависимости от нервных процессов восприятия и переработки информации о состоянии внешней и внутренней среды. Соответственно, гуморальную регуляцию подразделяют на местную, малоспециализированную саморегуляцию, и высокоспециализированную систему гормональной регуляции, обеспечивающую генерализованные эффекты с помощью гормонов. Местная гуморальная регуляция (тканевая саморегуляция) практически не управляется нервной системой, тогда как система гормональной регуляции составляет часть единой нейро-гуморальной системы.

Деление механизмов регуляции жизнедеятельности организма на нервные и гуморальные весьма условно и может использоваться только для аналитических целей как способ изучения. На самом деле, нервные и гуморальные механизмы регуляции неразделимы .

Во-первых , информация о состоянии внешней и внутренней среды воспринимается почти всегда элементами нервной системы (рецепторы), обрабатывается в нервной системе, где может трансформироваться в сигналы исполнительных устройств либо нервной, либо гуморальной природы. Следовательно, для второго и третьего уровней системы регуляции физиологических функций управляющим устройством является, как правило, нервная система.

Во-вторых , сигналы, поступающие по управляющим каналам нервной системы передаются в местах окончания нервных проводников в виде химических молекул-посредников, поступающих в микроокружение клеток, т.е. гуморальным путем. А специализированные для гуморальной регуляции железы внутренней секреции управляются нервной системой.

Таким образом, следует говорить о единой нейро-гуморальной системе регуляции физиологических функций . Однако, руководствуясь дидактикой, механизмы нервной (рефлекторной) и гуморальной регуляции будут рассмотрены раздельно.

Известно, что в основе как филогенетического (видового) так и онтогенетического (индивидуального) развития лежат три качества: , энергии и информации, воспроизводства (размножения) и надежность биологических систем.

Обмен веществ является важнейшим свойством живой материи: пока есть обмен веществ — до есть и жизнь. Под обменом веществ понимают непрерывного процесс обмена между организмом и внешней средой белков, жиров, углеводов, воды, микроэлементов и энергии.

Воспроизведение — основа продолжения жизни, накопление и закрепление эволюционных качеств. Воспроизведение свойственно как отдельным клеткам организма (в форме разделения клеток) так и целом организма (в форме вегетативного или полового размножения).

Надежность биологической системы — это такой уровень запаса функциональных и регуляторных резервов всех элементов организма, который обеспечивает оптимально постоянную деятельность этого организма в динамических условиях окружающей среды. Надежность является основой выживания, адаптационно-приспособительных свойств и многих избыточных возможностей организма, в том числе до умственного и физического совершенствования.

Все живые существа, отдельные органы, ткани и даже клетки развиваются с запасом надежности. Например, бедренная кость человека, как указывалось выше, выдерживает нагрузку 1,5 тонны, а большая берцовая кость — 1,65 тонны, что в ЗО раз превышает привычные текущие нагрузки на эти кости. Альвеолярная система легких способна усваивать за 1 мин. до 17000 мл кислорода, в то время как даже при самом мощном физической нагрузке потребности организма не преувеличивают 5000 мл. Потенциальные возможности нервной системы за всю жизнь используются лишь на 7-15%, и эти примеры можно продолжать.

По данным А. А. Маркосяна (1974) существует четыре уровня надежности биологических систем:

Избыточность элементов управления и отдельных структур организма;

Взаимозамена средств регулирования или элементов отдельных структур когда, например, происходит нервная или гуморальная регуляция; когда одна почка может взять на себя функции второй почки и др..;

Способность быстрого возвращения уровня деятельности органов и систем после активности в состояние постоянства;

Динамичность взаимодействия цепей всех систем организма.

Надежность живых систем в основном закреплена генетически и передается по наследству. Вместе с этим, некоторые элементы надежности могут приобретаться в онтогенезе, что особенно свойственно людям и происходит путем тренировки мышечной силы, выносливости, двигательных качеств, создание трудовых стереотипов и др.. Внимание физической тренировкой и их качества следует предоставлять с самого детства человека.

В конные этого раздела целесообразно кратко рассмотреть механизм передачи наследственной, детерминированной генами, информации по развитию человека. Как известно, человек получает в наследство от отца и матери весь свой биологический фонд, то есть все врожденные качества своего организма: цвет глаз и волос, форму тела и отдельных его частей, свойства нервной системы и т. д. Вся наследственная информация в большинстве живых существ на Земле, в том числе и у людей, передается генами и закодированная с помощью дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В свою очередь ДНК является видоспецифической соединением и несет генетическую информацию в виде определенной последовательности азотистых оснований (нуклеотидов) пуринового [аденин (А) и гуанин (Г)] и пиримидинового [тимин (7) и цитозин Щ)] химических рядов. Спаривания азотистых оснований происходит строго по схеме: А — Те Г-Ц, что называется принципом комплементарности (взаемодоривнюваности). Каждый ген (от греческого gems — семья, происхождение) является элементарной единицей наследственности и представляет собой долю молекулы ДИК, которая насчитывает 1000-1500 нуклеотидов. Отдельные гены определяют строение отдельных белков живой клетки и, таким образом, принимают участие в создании характерных признаков, или свойств данного организма. Совокупность генов, передающих всю наследственную информацию о видовые и индивидуальные особенности конкретного организма, называется генотипом.

Различные виды животных и растений имеют разный порядок расположения и молекулярный набор азотистых оснований в ДНК, но всегда молярное соотношение А-Т и Г-Ц = 1, что называется принципом Чаргафа, а отношение Г + Ц, А + Т отражает видовую специфичность структуры ДНК (например, для человека это соотношение составляет 0,66, для мыши — 0,81 и т.д.). Само ДНК состоит из двух, направленных в противоположные стороны цепей. Пуриновые (А, Г) и пиримидинови (Т, ИД) основы размещаются перпендикулярно к оси молекулы ДНК таким образом, что аденин одной цепи соединяется неустойчивыми водородными связями только с тимином противоположной цепи, а гуанин только с цитозином. Таким образом, молекула ДНК представляет собой спираль из двух цепей, расстояние между которыми составляет всего 10 ангстрем (1 ангстрем — 1 / 100 000 000 см).

ДНК, вместе с гистоновых и не гистоновых белками и молекулами рибонуклеиновой кислоты (РНК) образует тяж дезоксирибонуклеопротеид (ДНП), который называется хроматином. В структуре хроматина, ДНК составляет 30-40%, а белки 60-70% всей массы. В состав хроматина входит также 3-4% липидов и ионы кальция, магния и железа, которые нужны для работы ферментов, осуществляющих процессы транскрипции (воспроизведение, повторение) ДНК при делении клеток. Во время деления клеток хроматин становится компактным и формируется в хромосомы (толщина каждой до 100 ангстрем) по схеме: два хроматиновый тяжа образуют фибрилл, две фибриллы составляют полухроматиду, две полухроматиды составляют хроматид и, наконец, две хроматиды составляют одну хромосому. Набор всех хромосом в каждой клетке организма содержит полную генетическую информацию (генотип), что к развитию и функций этой клетки, а в половых клетках — всю информацию, к развитию всего организма.

Известно, что все клетки в организме высших животных, в том числе и человека, делятся на соматические, имеющие двойной (диплоидный) набор хромосом (2п) и являются клетками тела и всех органов, и на половые (гаметы), что во время своего созревания создают одинарный (гаплоидный) набор хромосом (1п). Индивидуально специфический хромосомный комплекс всех клеток каждого вида животных или растений называется кариотипом. У человека кариотип соматических клеток насчитывает 46 хромосом, а половых, соответственно, 23 хромосомы. В женских клетках есть две XX хромосомы, а у мужских два ХУ хромосомы. При оплодотворении, женская и мужская гаметы сливаются, образуя зиготу (зародыш) в котором двойной набор хромосом состоит из галоидных набора этих хромосом от отца и матери, что и обусловливает общие качества будущего организма ребенка. При этом возможно, что особенности одного из родителей будут преобладать и тогда соответствующие качества более проявляются у ребенка. Процесс точной генотипа от родителей к ребенку осуществляется с помощью информационной рибонуклеиновой кислоты (и-РНК), которая способна создавать копии с ДНК и этот процесс называется репликацией, другие РНК, называемых транспортными (т-РНК) способны переносить эту информацию вновь создаваемым белкам нового организма в виде определенной последовательности аминокислот этих белков и этот процесс называется транскрипцией. Гены под действием различных физических, химических и других факторов могут изменять свои определенные участки, что называется мутацией. Мутации связаны с нарушениями нормальной последовательности нуклеотидов в ДНК (например, с заменой одной пары нуклеотидов другой парой, с выпадением некоторых нуклеотидов (явление диляции), или с их удвоением (явление дупликации), В результате могут возникать новые аллели (линии) потомков, с признаками, которых не имели родители и которые могут быть доминантными (преобладающими) или рецессивными (подавленными). Доминантные признаки (например, от одного из родителей) и определяют преимущество признаков соответствующего предка у ребенка (то есть в фенотипе). Спонтанные (случайные) положительные мутации обуславливают генетическую изменчивость, составляющих основу прогрессивных эволюционных изменений в природе. Отрицательные мутации становятся основой разнообразных врожденных пороков развития детей или даже основой детской смертности.

После рождения дети растут и развиваются в различных условиях природной и социальной среды, что чти всегда значительно влияет на ход реализации их генотипа и формирования индивидуальных качеств фенотипа.