2.3. Физиология человека
2.3. Физиология человека
Организм человека представляет собой сложнейшую систему иерархически организованных подсистем и систем, объединенных общностью строения и выполняемой функцией. Элементом системы является клетка. В организме человека более 100 трлн клеток. Клетки в свою очередь представляют собой микросистему, отличающуюся сложной структурно-функциональной организацией и многосторонним взаимодействием с другими клетками. Совокупность клеток, сходных по происхождению, строению и функции, образует ткань. Основные типы тканей: эпителиальная, соединительная, костная, мышечная и нервная. Каждая из тканей выполняет определенную функцию и обладает специфическими свойствами.
Ткани образуют органы. Органы занимают в теле постоянное положение, имеют особое строение и выполняют определенную функцию. Например, сердце играет роль насоса и обеспечивает поступление крови во все органы и ткани; почки осуществляют выделение конечных продуктов обмена веществ и т. д. Орган состоит из нескольких видов ткани, но одна из них всегда преобладает и определяет его главную, ведущую функцию.
Органы, совместно выполняющие определенную функцию, образуют систему органов. Например, слюнные железы, желудок, печень, поджелудочная железа, кишечник объединены в систему пищеварения.
Деятельность всех структур организма, начиная с клетки и кончая системой органов, согласованна и подчинена единому целому. Каждая структурная единица вносит свой вклад в функционирование организма, но организм – не сумма отдельных структур, а единое целое и как целое приобретает свои особые свойства, осуществляет свою жизнедеятельность и взаимодействует со средой.
Все процессы жизнедеятельности организма могут осуществляться только при условии сохранения относительного постоянства внутренней среды организма. К внутренней среде организма относят кровь, лимфу и тканевую жидкость, с которой клетки непосредственно соприкасаются. Способность сохранять постоянство химического состава и физико-химических свойств внутренней среды называют гомеостазом. Мир вокруг нас постоянно меняется. Но независимо, например, от температуры окружающей среды температура тела здоровых людей практически всегда постоянна. Режим питания и состав пищи у всех разные, однако содержание сахара в крови у всех здоровых людей также практически одинаковое. Это постоянство поддерживается непрерывной работой систем органов кровообращения, дыхания, пищеварения, выделения и других, выделением в кровь биологически активных химических веществ, обеспечивающих взаимодействие клеток и органов.
В организме непрерывно происходят процессы саморегуляции физиологических функций, создающие необходимые для существования организма условия. Саморегуляция – свойство биологических систем устанавливать и поддерживать на определенном, относительно постоянном уровне те или иные физиологические или другие биологические показатели. Одним из условий саморегуляции является обратная связь между регулируемым процессом и регулирующей системой, поступление информации о конечном эффекте в центральные регулирующие аппараты. В организме саморегуляция осуществляется двумя механизмами.
Гуморальная регуляция (от лат. humor – жидкость) – один из механизмов координации процессов жизнедеятельности в организме, осуществляемой через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость) с помощью биологически активных веществ, выделяемых клетками, тканями и органами. Этот тип регуляции является наиболее древним.
В процессе эволюции по мере развития и усложнения организма в осуществлении взаимосвязи между отдельными его частями и в обеспечении всей его деятельности первостепенную роль начинает играть нервная регуляция, которая осуществляется нервной системой. Нервная система объединяет и связывает все клетки и органы в единое целое, изменяет и регулирует их деятельность, осуществляет связь организма с окружающей средой. Центральная нервная система и ее ведущий отдел – кора больших полушарий головного мозга, весьма тонко и точно воспринимая изменения окружающей среды, а также внутреннего состояния организма, своей деятельностью обеспечивают развитие и приспособление организма к постоянно меняющимся условиям существования. Нервный механизм регуляции более совершенен.
Нервный и гуморальный механизмы регуляции взаимосвязаны. Активные химические вещества, образующиеся в организме, способны оказывать свое воздействие и на нервные клетки, изменяя их функциональное состояние. Образование и поступление в кровь многих активных химических веществ находится, в свою очередь, под регулирующим влиянием нервной системы. В этой связи правильнее говорить о единой нервно-гуморальной системе регуляции функций организма, создающей условия для взаимодействия отдельных частей организма, связывающей их в единое целое и обеспечивающей взаимодействие организма и среды.
Эндокринная система. В регуляции функций организма важная роль принадлежит эндокринной системе. Органы этой системы – железы внутренней секреции – выделяют особые вещества, оказывающие существенное и специализированное влияние на обмен веществ, структуру и функцию органов и тканей. Железы внутренней секреции отличаются от других желез, имеющих выводные протоки (желез внешней секреции), тем, что выделяют продуцируемые ими вещества прямо в кровь. Поэтому их называют эндокринными железами. К железам внутренней секреции относятся гипофиз, эпифиз, поджелудочная железа, щитовидная железа, надпочечники, половые, паращитовидные железы.
Поджелудочная и половые железы – смешанные, так как часть их клеток выполняет внешнесекреторную функцию, другая часть их клеток – внутрисекреторную. Половые железы вырабатывают не только половые гормоны, но и половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды). Часть клеток поджелудочной железы вырабатывает гормон инсулин и глюкагон, другие ее клетки вырабатывают пищеварительный и поджелудочный сок.
Эндокринные железы человека невелики по размерам, имеют очень небольшую массу, богато снабжены кровеносными сосудами. Кровь приносит к ним необходимый строительный материал и уносит химически активные секреты.
К эндокринным железам подходит разветвленная сеть нервных волокон, их деятельность постоянно контролирует нервная система. Железы внутренней секреции функционально тесно связаны между собой, и поражение одной железы вызывает нарушение функции других желез.
Специфические активные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции, называются гормонами. Гормоны обладают высокой биологической активностью. Они сравнительно быстро разрушаются тканями, поэтому для обеспечения длительного действия необходимо их постоянное выделение в кровь. Только в этом случае возможно поддержание постоянной концентрации гормонов в крови.
Гормоны действуют на обмен веществ, регулируют клеточную активность, способствуют проникновению продуктов обмена веществ через клеточные мембраны, влияют на дыхание, кровообращение, пищеварение, выделение; с ними связана функция размножения. Рост и развитие организма, смена различных возрастных периодов также связаны с деятельностью желез внутренней секреции.
Механизм действия гормонов до конца не изучен. Считают, что гормоны действуют на клетки органов и тканей, взаимодействуя со специальными участками клеточной мембраны – рецепторами. Рецепторы специфичны, они настроены на восприятие определенных гормонов. Поэтому, хотя гормоны разносятся кровью по всему организму, они воспринимаются только определенными органами и тканями, получившими название органов и тканей-мишеней.
Гипофиз расположен в основании мозга. Это «главная» железа, которая не только вырабатывает собственные гормоны, но и регулирует деятельность большинства других эндокринных желез. Обильно снабжаемый кровью, гипофиз непрерывно оценивает уровень в крови различных гормонов, в результате чего он может регулировать их содержание. Его передняя доля выделяет гормоны, вызывающие активацию щитовидной железы, коры надпочечников и половых желез, а также гормон роста (соматотропин) и пролактин, стимулирующий выработку молока у матери после родов. Задняя доля гипофиза продуцирует два гормона: вазопрессин, вызывающий повышение кровяного давления, и окситоцин, способствующий сокращениям матки во время родов.
Щитовидная железа расположена на уровне шеи, под гортанью. Она секретирует тироксин, который содержит до 65 % йода и играет важную роль в обмене веществ, а также влияет на настроение и побуждения человека. Недостаточная секреция тироксина, связанная, например, с отсутствием йода, участвующего в синтезе этого гормона, у грудных детей может вызвать кретинизм, а у взрослых может быть причиной апатии. Избыточная секреция тироксина может привести к чрезмерной нервозности.
Паращитовидные железы, расположенные по обе стороны от щитовидной железы, играют важную роль в регуляции содержания в крови кальция, необходимого для нормальной работы мышц и нервов.
Тимус (вилочковая железа) лежит за грудиной. По-видимому, он участвует в процессе роста организма и в его иммунологической защите. В период полового созревания тимус атрофируется.
Поджелудочная железа кроме экзокринной функции (выделение панкреатического сока во время пищеварения) вырабатывает два гормона – инсулин и глюкагон. Инсулин позволяет запасать в печени сахар, поступающий в кровь после переваривания пищи. Глюкагон способствует противоположному процессу – освобождению из печени накопленного в ней сахара, что делает его доступным для «сжигания» в мышцах.
Надпочечники прилегают к верхушкам почек. В них различают наружную и внутреннюю части. Наружная часть – корковое вещество – вырабатывает кортикостероиды. Это разнообразные гормоны, которые ответственны за регуляцию относительного содержания калия и кальция в организме и участвуют в углеводном обмене и синтезе белков. Внутренняя часть надпочечников – мозговое вещество – секретирует два очень близких по структуре гормона, адреналин и норадреналин, называемые гормонами стресса. Адреналин вырабатывается главным образом при обстоятельствах, требующих от организма быстрой мобилизации всех его сил; он вызывает расширение кровеносных сосудов в мышцах, учащение сердечного ритма, сужение сосудов желудка и кишечника. Главная функция норадреналина состоит в освобождении накопленного в печени сахара в тот момент, когда организму требуется много энергии, также он служит нейромедиатором, повышающим возбудимость нервной системы.
Половые железы ответственны не только за выработку половых клеток, но и за развитие вторичных половых признаков в период полового созревания и регуляцию половых функций. У женщин они вырабатывают эстрогены, регулирующие овуляцию, и прогестерон, инициирующий подготовку стенки матки к внедрению в нее оплодотворенной яйцеклетки. У мужчин они секретируют андрогены и тестостерон, усиливающие половое влечение.
Эндокринная система играет важную роль в процессах приспособления организма к меняющимся условиям внешней среды, поддержания гомеостаза, роста, развития и размножения, а также регулирует различные стороны поведения.
Опорно-двигательный аппарат. К опорно-двигательному аппарату относятся скелет и мышцы, объединенные в единую костно-мышечную систему. Скелет и мышцы являются опорными структурами организма, ограничивающими полости, в которых расположены внутренние органы. С помощью опорно-двигательного аппарата осуществляется одна из важнейших функций организма – движение. Движение – основное внешнее проявление деятельности организма и вместе с тем необходимый фактор его развития. В условиях ограничения движений резко замедляется как физическое, так и психическое развитие. Двигательная активность, в особенности движения рук, является одним из необходимых условий нормального развития мозга, его речевой функции и мышления, а также играет важнейшую роль в обменных процессах, положительно влияет на работу внутренних органов.
Скелет построен из костной ткани, нормальное строение которой является результатом тонко сбалансированного обмена между ней и внешней средой. Поддержание определенного уровня минеральных веществ (они составляют 45 %) достигается благодаря действию гормонов, витаминов, а также минеральных веществ, поступающих с пищей. Рост скелета управляется гормоном (соматотропином), который вырабатывается в гипофизе. Многие другие эндокринные железы (половые, щитовидная, кора надпочечников) также влияют непосредственно на рост и строение скелета.
Некоторые витамины, особенно A, C, D, имеют большое значение для нормального функционирования костной ткани. Например, при недостатке витамина D у ребенка может развиться рахит – заболевание, при котором кости размягчаются и легко искривляются.
В соответствии со структурой и функциями мышцы подразделяются на два типа: гладкие и поперечнополосатые.
Гладкая мускулатура состоит из медленно сокращающихся мышечных клеток в стенках внутренних органов. Таким образом, она тесно связана с «вегетативной жизнью» организма и обеспечивает деятельность его кровеносной, дыхательной, пищеварительной и других систем. Деятельность гладкой мускулатуры регулируется симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы.
Поперечнополосатая мускулатура получила свое название по причине исчерченности, обусловленной строением тех многих сотен мышечных волокон, из которых состоят скелетные мышцы. Мышечные волокна имеют толщину от 0,01 до 0,1 мм и способны быстро сокращаться под действием нервных импульсов. Эти импульсы приходят по двигательным нервным волокнам, каждое из которых иннервирует определенное число мышечных волокон. Чем точнее работа, которую должна совершать мышца, тем меньшее число мышечных волокон иннервируется одним нервным волокном (как, например, в мышцах, приводящих в движение пальцы рук). Степень сокращения поперечнополосатых мышц регулируется при участии чувствительных нервных волокон, посылающих в нервные центры сигналы обратной связи от находящихся в мышцах рецепторов – мышечных веретен.
Поскольку поперечнополосатые мышцы осуществляют всю произвольную двигательную активность, их функции могут быть очень разнообразными. Они могут быть инициаторами движения, прямо участвуя в его выполнении, или антагонистами, когда путем противодействия инициированному движению они, в зависимости от характера требуемого действия, участвуют в регулировании движения конечности. Некоторые мышцы действуют как синергисты, помогая друг другу, или как фиксаторы, обеспечивая неподвижность того или иного сустава при выполнении определенного движения. Наконец, существуют и «антигравитационные» мышцы, которые участвуют в поддержании равновесия тела, давая ему возможность противостоять силе тяжести.
Кровь. Клетки, ткани и органы организма могут существовать и нормально функционировать только в определенных условиях, которые создаются внутренней средой организма и к которой они приспособились в ходе эволюционного развития. Внутренняя среда обеспечивает возможность поступления в клетки необходимых для их жизнедеятельности веществ и вывод продуктов обмена. Благодаря поддержанию ее определенного состава клетки функционируют в постоянных условиях.
В организме на относительно постоянном уровне поддерживаются кровяное давление, температура тела, осмотическое давление крови и тканевой жидкости, содержание в них белков и сахара, ионов натрия, калия, кальция, хлора и т. д.
Кровь вместе с лимфой и тканевой жидкостью образует внутреннюю среду организма. Функции крови следующие:
– поддержание гомеостаза;
– транспортная – перенос газов крови, питательных веществ, продуктов распада;
– терморегуляторная – охлаждает энергоемкие органы и согревает органы, теряющие тепло;
– защитная – участие в иммунных реакциях.
Обмен крови в организме человека составляет 4–6 литров (или 6–8% от массы тела). Всего 40–45 % крови движется по сосудам; при нагрузках на организм кровь выходит из кровяных депо (селезенка, печень, легкие) и ее обмен увеличивается.
На каждые 100 частей крови приходится 45 % форменных элементов, а 55 % это жидкая часть крови – плазма. Цвет крови различается: артериальная кровь алая, венозная – темно-вишневая.
Форменные элементы крови (клетки) разделяются на эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Все клетки крови живут определенное время, после чего разрушаются. В кроветворных органах (костном мозге, лимфатических узлах, селезенке) происходит непрерывное образование новых клеток крови.
Эритроциты – красные кровяные клетки. Их основная функция – транспортная: перенос кислорода и углекислого газа за счет содержимого эритроцитов – гемоглобина.
Лейкоциты – белые кровяные клетки. Важнейшей функцией их является защита от попадающих в кровь микроорганизмов и токсинов. Защитная функция лейкоцитов связана с их способностью передвигаться самостоятельно к пораженному участку, обволакивать инородное тело и переваривать его. Важным фактором, определяющим защитные свойства лейкоцитов, является их участие в иммунных механизмах.
Тромбоциты – красные кровяные пластины – выполняют также защитную функцию, участвуя в механизмах свертывания крови. При ранении кровеносных сосудов тромбоциты разрушаются, при этом из них выходят в плазму вещества, необходимые для формирования кровяного сгустка – тромба. Время свертывания крови в норме составляет от 3 до 5 минут. В нормальных условиях кровь в неповрежденных кровеносных сосудах не свертывается благодаря наличию в организме противосвертывающих факторов. Если работа свертывающей системы нарушена, тромбы образуются чаще и мешают нормальному кровообращению, закупоривая сосуды, что приводит к тяжелым болезням (инфаркт, инсульт).
Постоянство химического и клеточного состава крови регулируется различными способами, отклонение от него – сигнал тревоги. Клетки крови недолговечны: эритроциты живут около 4 месяцев, некоторые виды лейкоцитов – 3 дня и даже несколько часов. Но их численность не уменьшается, несмотря на то что клетки, циркулирующие в крови, утрачивают способность к делению. В таких быстро обновляющихся клеточных системах, как кровь, присутствуют малодифференцированные клетки, из которых при надобности образуются все разнообразные клетки крови.
После того как в 1901 г. было обнаружено, что при одних сочетаниях плазмы и эритроцитов разных людей наблюдается агглютинация (т. е. склеивание эритроцитов), а при других – нет, появилась классификация групп крови, которая учитывается при ее переливаниях.
Система кровообращения. Система кровообращения у человека – это сердце и замкнутая система кровеносных сосудов, включающая артерии, вены, капилляры. Кровь движется по сосудам главным образом за счет работы сердца. Сокращаясь, сердце выбрасывает порцию крови (70 мл) в артерии, при расслаблении сердца в него вливается кровь из вен. Сердце сокращается ритмично, частота сердцебиений составляет 75 раз в минуту. Объем крови, перекачиваемый сердцем за 1 минуту, составляет 6 л, но может достигать и 30 л/мин, если человек находится в состоянии возбуждения или выполняет большую физическую нагрузку.
Сердце человека состоит из двух половин – правой и левой. В каждой из них имеются две камеры: предсердие и желудочек, отделенные друг от друга клапанами, т. е. сердце у человека четырех камерное.
Из левого желудочка артериальная кровь выталкивается в самую крупную артерию – аорту. Аорта дает начало большому кругу кровообращения, назначение которого – питание кровью, богатой кислородом и питательными веществами, всего тела человека. В капиллярах, имеющих микроскопическую величину (2,5-30 мкм), артериальная кровь насыщается углекислым газом и продуктами распада и превращается в венозную. Венозная кровь собирается сначала в мелкие, а затем в крупные вены и, наконец, по двум полным венам возвращается в правое предсердие. Здесь заканчивается большой круг кровообращения.
Малый (легочный) круг кровообращения начинается из правого желудочка, откуда кровь направляется в легкие. Там благодаря газообмену венозная кровь превращается в артериальную, затем возвращается в левое предсердие, а оттуда – в левый желудочек.
Частота сердечных сокращений обычно измеряется по пульсу и в норме составляет 75 раз в минуту. Величина кровяного давления в норме – 110–125/70-85 мм рт. ст.
Дыхательная система. Основная функция органов дыхания – обеспечение тканей организма человека кислородом и освобождение их от углекислого газа. Наряду с этим органы дыхания участвуют в голосообразовании, обонянии и других функциях. В дыхательной системе выделяют органы, которые выполняют воздухопроводящую (полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи) и газообменные функции (легкие). В процессе дыхания атмосферный кислород связывается кровью и доставляется в клетки и ткани организма. Внутриклеточное дыхание обеспечивает освобождение энергии, необходимой для поддержания процессов жизнедеятельности. Образующийся при этом углекислый газ переносится кровью к легким и удаляется с выдыхаемым воздухом.
Поступление воздуха в легкие (вдох) является результатом сокращения дыхательных мышц и увеличения объема легких. Выдох происходит вследствие расслабления дыхательных мышц. Регуляция дыхания осуществляется центральной нервной системой, специальные области которой обусловливают автоматическое дыхание (чередование вдоха и выдоха) и произвольное дыхание, обеспечивающее приспособительные изменения в системе органов дыхания, соответствующие конкретной внешней ситуации и осуществляемой деятельности. Группа нервных клеток, ответственная за осуществление дыхательного цикла, называется дыхательным центром. Дыхательный центр располагается в продолговатом мозге, его разрушение приводит к остановке дыхания.
Пищеварительная система. Пищеварительная система человека состоит из пищеварительной трубки (длиной 8–9 м) и тесно связанных с нею крупных пищеварительных желез: печени, поджелудочной железы, слюнных желез. Пищеварительная система начинается полостью рта и заканчивается анальным отверстием. Сущность пищеварения состоит в физической и химической переработке пищи, в результате которой становится возможным всасывание питательных веществ через стенки пищеварительного тракта и поступление их в кровь или лимфу.
К питательным веществам относятся белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины. В пищеварительном аппарате происходят сложные физико-химические превращения пищи: от формирования пищевого комка в полости рта до всасывания и удаления непереваренных ее остатков. Эти процессы осуществляются в результате двигательной, всасывающей и секреторной функций аппарата пищеварения. Все эти три функции регулируются нервным и гуморальным путем. Нервный центр, регулирующий функции пищеварения, а также пищевую мотивацию, находится в гипоталамусе (промежуточный мозг), а гормоны большей частью образуются в самом желудочно-кишечном тракте.
В ротовой полости осуществляется первичная химическая и физическая переработка пищи. Слюноотделение происходит рефлекторно. Оно усиливается, когда мы чувствуем приятные запахи или, например, при попадании инородных частиц в ротовую полость. Слюна обладает бактерицидными свойствами. Физическая обработка пищи включает размельчение и формирование пищевого комка. Кроме того, в ротовой полости происходит формирование вкусовых ощущений.
После глотания пища попадает в желудок. В зависимости от состава пища находится в желудке разное время. Желудочный сок имеет очень сложный состав: пепсиногены, расщепляющие белки; липазы, расщепляющие жиры; соляная кислота, придающая соку кислую реакцию, и слизь, предохраняющая стенку желудка от самопереваривания.
Почти полное освобождение желудка происходит через 2–3 часа после приема пищи. При этом он начинает сокращаться в режиме 3 раза в минуту. В двенадцатиперстной кишке пища подвергается действию желчи, поджелудочного сока и кишечного сока. В тонком кишечнике сочетаются три взаимосвязанных процесса – полостное (внеклеточное) пищеварение, пристеночное (мембранное) и всасывание. Переваривание здесь продолжается 5–6 часов. Клетки кишечного эпителия покрыты микроворсинками, через которые происходит всасывание простых молекул в кровь и в лимфу. Так, белки всасываются в кровь в виде аминокислот, углеводы – в виде глюкозы и других моносахаридов, а жиры – в виде глицерина и жирных кислот в лимфу и частично в кровь. Процесс пищеварения заканчивается в толстом кишечнике, железы которого секретируют слизь. В толстом кишечнике благодаря населяющим его бактериям происходит брожение клетчатки и гниение белков, в результате чего образуется ряд ядовитых продуктов, которые, всасываясь в кровь, обеззараживаются в печени. Печень выполняет барьерную (защитную) функцию, синтезируя из ядовитых веществ безвредные для организма вещества. В толстом кишечнике завершается активное всасывание воды и формирование каловых масс. Микрофлора толстого кишечника осуществляет биосинтез некоторых биологически активных веществ (например, витаминов группы В и К).
Обмен веществ и энергии. Французский ученый К. Бернар установил, живой организм и среда – это единая система, т. е. между ними происходит непрерывный обмен веществами и энергией. Энергия необходима организму для поддержания всех его жизненных функций. Единицы измерения энергии – это калория или джоуль. Откуда же берется в организме энергия? Она выделяется за счет окисления сложных органических соединений, т. е. белков, жиров и углеводов, поступающих в организм с пищей. Основным аккумулятором и переносчиком энергии является АТФ. Поэтому АТФ – это универсальный источник энергии в организме человека. Высвобождение энергии происходит за счет гидролиза АТФ, когда разрывается химическая связь концевой фосфатной группы и высвобождается энергия. Часть этой энергии выделяется в виде теплоты (например, при сокращении мышц около 80 % энергии теряется в виде тепла и только 20 % превращается в механическую работу).
Обмен веществ, или метаболизм, состоит из двух противоположных и взаимосвязанных процессов: анаболизма и катаболизма.
Анаболизм – это процессы биосинтеза органических веществ (например, синтез белков из аминокислот). Анаболизм обеспечивает рост, развитие организма, обновление его структур. Этот процесс требует затраты энергии.
Катаболизм – это процессы расщепления сложных молекул до простых веществ с образованием энергии в виде АТФ.
Конечные продукты катаболизма – вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и другие – удаляются из организма.
Соотношение этих двух процессов определяет три различных состояния: динамическое равновесие, рост, частичное разрушение структур тела. При динамическом равновесии, когда процессы анаболизма и катаболизма уравновешены, общее количество ткани не изменяется. Превалирование анаболических процессов приводит к накоплению ткани, происходит рост организма; преобладание катаболизма над анаболизмом приводит к разрушению ткани, уменьшению массы организма – его истощению. У взрослых обычно при нормальном состоянии организма эти процессы находятся в состоянии равновесия.
Обмен белков. Белки в обмене веществ занимают особое место.
Белки – это вещества, состоящие из аминокислот (их 20), а также азота. Они входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма. Без белков нет роста. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах обмена веществ, – тоже белки.
Продукты расщепления белков – аминокислоты, из них синтезируются специфические для данного организма белки. Некоторые аминокислоты (лейцин, метионин, фенилаланин и др.) незаменимы для организма. Если в пище отсутствует такая аминокислота, то синтез белков резко нарушается. К полноценным белкам, содержащим весь необходимый для синтеза набор аминокислот, относят преимущественно животные белки (белки мяса, яиц, молока, рыбы).
Кроме строительной, белки выполняют и энергетическую функцию. Так, при сгорании 1 г белка в организме высвобождается 4,1 ккал энергии. В сутки человек должен потреблять не менее 85–90 г белка. Но не следует потреблять их больше этой нормы, так как про запас белки не откладываются, наоборот, может ухудшиться аппетит, нарушиться кислотно-щелочное равновесие.
Обмен жиров. Поступивший с пищей жир в организме расщепляется на глицерин и жирные кислоты. Из этих веществ, а также из продуктов обмена углеводов и белков синтезируется жир, который используется организмом как богатый источник энергии. При сгорании в организме 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энергии. Кроме того, жир является обязательной составной частью многих клеточных структур. Неизрасходованный в организме жир откладывается в подкожной жировой клетчатке, в оболочках вокруг внутренних органов.
Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму, должны поступать с пищей, так как он не способен их синтезировать. Содержатся эти кислоты в растительных маслах. С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (А, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение. В сутки потребность в жирах составляет 80-100 г.
Обмен углеводов. Углеводы являются основным источником энергии. Наибольшее количество углеводов содержится в злаках, картофеле. Богаты углеводами также овощи и фрукты. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками организма. Неиспользуемая глюкоза в печени синтезируется в гликоген – полисахарид, откладывающийся в печени и мышцах и являющийся резервом углеводов в организме. При отсутствии углеводов в пище они могут вырабатываться из продуктов распада белков и жиров. Особенно чувствительной к снижению уровня глюкозы в крови (гипогликемии) является ЦНС. Уже незначительное снижение сахара в крови вызывает слабость, головокружение, при значительном падении углеводов наступают разные вегетативные расстройства, судороги, потеря сознания.
Глюкоза входит в состав нуклеиновых кислот, цитоплазмы и, следовательно, необходима для образования новых клеток, особенно в период роста. Потребность в углеводах составляет в сутки 350–450 г.
Таким образом, соотношение в пищевом рационе основных питательных веществ составляет 1: 1: 4 (белков, жиров, углеводов).
В состав пищи входят также вода, минеральные вещества и витамины. Витамины – это особая группа веществ, не синтезируемых вовсе или синтезируемых в малых количествах в организме человека. Однако эти различные по своей химической природе вещества необходимы для нормального обмена веществ, роста, развития человека, поддержания его здоровья. Все витамины можно подразделить на водо– и жирорастворимые. К первой группе относят витамин С, витамины группы В. Они содержатся в основном в продуктах растительного происхождения (овощах, фруктах). Источником жирорастворимых витаминов (А, Д, Е и К) является пища животного происхождения (молоко, яйца, мясо, печень и т. д.). Некоторые витамины синтезируются микрофлорой кишечника (витамин К, В6). При полном отсутствии витаминов в пище возникают авитаминозы, которые могут сопровождаться различными заболеваниями. В настоящее время мы чаще сталкиваемся (особенно в зимнее время) с гиповитаминозами – с недостаточным поступлением витаминов с пищей. Этот недостаток легко можно устранить приемом поливитаминов, содержащих весь комплекс витаминов и минеральные добавки.
Физиология выделения. К выделительным органам относят почки, кожу, кишечник, легкие. Легкие удаляют из организма углекислый газ, пары воды, летучие вещества. Из кишечника удаляются с калом соли тяжелых металлов, избыток невсосавшихся пищевых веществ. Потовые железы кожи выделяют воду, соли, органические вещества. Но основная роль в выделительных процессах принадлежит почкам.
Органы мочевыделения – это почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал. Основная функция почек – экскреторная – удаление из организма вредных и чужеродных для него веществ путем образования и выведения мочи.
Почки располагаются в брюшной полости по обе стороны от позвоночного столба, имеют форму боба и массу около 120 г каждая. На вогнутом крае почки имеется углубление – почечные ворота, через которые проходят сосуды, нервы и мочеточник. Почки получают крови больше, чем любой другой орган, в них происходит образование мочи из веществ, приносимых кровью.
Почки каждую минуту пропускают более 1 л крови, а всего ими за сутки фильтруется и очищается 170 л крови. Моча выделяется в количестве 1–1,5 л в сутки и содержит вредные продукты метаболизма: мочевину, мочевую кислоту, аммиак, а также воду, неорганические вещества и пигмент урохром. В норме у здорового человека не должны содержаться в моче глюкоза, белок, кровь. Присутствие их может быть связано с различными заболеваниями (сахарный диабет, нефрит и др.).
Кожа – крупнейший орган нашего тела; ее разнообразные специализированные клетки образуют сложные структуры и подсистемы. По современным представлениям кожа обладает способностью включать в действие мощные защитные силы, она является активным элементом иммунной системы человека. Кожа состоит из эпителиальной и соединительной тканей, содержащих рецепторы, нервные волокна, кровеносные сосуды, потовые и сальные железы. Функции кожи: участие в поддержании постоянства внутренней среды как органа выделения; обеспечение контактов организма с внешней средой; защитная; терморегуляционная (через кожу осуществляется 80 % теплоотдачи); дыхательная (через кожу поступает 1,5 % кислорода).
Выделительная функция кожи осуществляется потовыми железами. Их количество колеблется от 2 до 3,5 млн. Потовые железы на теле распределены неравномерно, больше всего их в подмышечных впадинах, на ладонях и подошвах ног, меньше на спине, голенях и бедрах. С потом выделяется из организма значительное количество воды и солей, а также мочевина. Суточное количество пота у взрослого человека в покое – 400–600 мл в сутки, с потом выделяется около 40 г поваренной соли и 10 г азота.
Нервная система. Мозг реального живого человека, действующего в мире природы и социальной истории, представляет собой продукт длительной эволюции Вселенной, и поэтому он сам является отражением мира.
Из всех известных человеку систем его нервная система – самая сложная. Она содержит 50 млрд нервных клеток, объединенных в невероятно сложную сеть. В мозге находятся чувствительные центры, анализирующие изменения, которые происходят как во внешней, так и во внутренней среде. Мозг управляет всеми функциями организма, включая мышечные сокращения и секреторную активность желез.
Таким образом, нервная система выполняет две важнейшие функции. Первая из этих функций коммуникационная. С одной стороны, это передача различным нервным центрам информации, получаемой рецепторами, находящимися в коже, глазах, ушах, носу, рту и других органах; с другой – это проведение сигналов от нервных центров к железам и мышцам, что дает возможность адекватным и специфическим образом реагировать на те события во внешней среде, с которыми сталкивается организм. Эту двоякую функцию обеспечивает периферическая нервная система.
Второй важной функцией нервной системы, без которой теряет смысл и ее первая функция, является интеграция и переработка получаемой информации и программирование наиболее адекватной реакции. Эта функция принадлежит центральной нервной системе и включает широкий диапазон процессов – от простейших рефлексов на уровне спинного мозга до самых сложных мыслительных операций на уровне высших отделов головного мозга.
Функциональная и структурная единица нервной системы, приспособленная для осуществления приема, обработки, хранения, передачи и интеграции информации, – нейрон. Популяция нервных клеток почти полностью «укомплектована» уже к моменту рождения, и ни один из нейронов, если он отомрет, не замещается новым. Другая особенность нейронов – они ничего не продуцируют, не секретируют и не структурируют, единственная их функция – проведение нервной информации.
В нейроне различают тело и отростки разного типа (аксон и дендриты), выполняющие строго определенные функции. Тела нейронов образуют так называемое серое вещество. Одни нейроны (чувствительные) передают возбуждение от периферии к ЦНС, другие (двигательные) – проводят импульсы от ЦНС к рабочим органам – мышцам и железам. Отростки вставочных нейронов не выходят за пределы ЦНС. Там они образуют цепи, осуществляющие анализ вводной сенсорной информации, хранение опыта в виде памяти и формирование соответствующих нервных команд.
Большинство нервных волокон (отростков нейронов) покрыто оболочкой из миелина. Она с регулярными промежутками в 1–2 мм прерывается перетяжками, которые увеличивают скорость пробегания нервного импульса по волокну, позволяя ему «перепрыгивать» с одного перехвата на другой, вместо того чтобы постепенно распространяться вдоль волокна. Сотни и тысячи собранных в пучки аксонов образуют нервные пути, которые благодаря миелину имеют вид белого вещества. Скопление нервных волокон, покрытых соединительно-тканной оболочкой, называют нервом.
Важнейшее свойство нервных (а также мышечных) клеток – способность возбуждаться в ответ на действие раздражителя. Возбуждение способно распространяться, перемещаться из одного места клетки в другое и из одной клетки в другую. Обязательным признаком возбуждения является изменение электрического состояния поверхностной клеточной мембраны. Именно электрические явления обеспечивают проведение возбуждения в возбудимых тканях. Но в деятельности всех отделов нервной системы важную роль играет и процесс торможения, результатом которого является ослабление или подавление возбуждения.
Информация поступает в нервные центры, перерабатывается там и затем передается эффекторам (рабочим органам, например, мышцам) в виде нервных импульсов, пробегающих по нейронам и соединяющим их нервным путям. Независимо от того, какую информацию передают нервные импульсы, пробегающие по миллиардам нервных волокон, они ничем не отличаются друг от друга. Качественные различия между ними определяются не самими этими сигналами, а тем местом, куда они приходят: если это мышца, она будет сокращаться или растягиваться; если это определенная область мозга, в ней будет формироваться зрительный образ внешнего стимула или же сигнал подвергнется расшифровке в виде, например, звуков. Теоретически достаточно было бы изменить ход нервных путей, например, часть зрительного нерва в зону мозга, ответственную за расшифровку звуковых сигналов, чтобы заставить организм «слышать глазами».
Как же передается возбуждение? Нервные импульсы передают по дендритам и аксонам не сам внешний стимул как таковой и даже не его энергию. Внешний стимул лишь активирует соответствующие рецепторы, и эта активация преобразуется в энергию электрического потенциала, который создается на кончиках дендритов, образующих контакты с рецептором. Возникающий при этом нервный импульс можно грубо сравнить с огнем, бегущим вдоль бикфордова шнура, только почти сразу же после прохождения разряда потенциал нервного волокна восстанавливается.
От одной нервной клетки к другой импульс передается химическим путем с помощью особого вещества – посредника, или медиатора. Некоторые медиаторы всегда оказывают только возбуждающее действие (ацетилхолин, норадреналин), другие – только тормозное (ингибирующее – гамма-аминомасляная кислота), а третьи – в одних отделах нервной системы играют роль активаторов, а в других – ингибиторов.
Основной формой нервной деятельности являются рефлекторные акты. Рефлекс – ответная реакция организма на раздражение из внешней или внутренней среды организма, осуществляемая при посредстве ЦНС. Всем известны подошвенный, сосательный, зрачковый рефлексы. Благодаря рефлекторной деятельности организм способен быстро реагировать на различные изменения внешней или внутренней среды.
При воздействии на организм различных раздражителей в определенных рецепторах (нервных окончаниях) возникает процесс возбуждения. Оно передается в ЦНС, где происходит обработка поступивших сигналов, формирование соответствующей команды и передача импульса в исполнительный орган. В связи с тем что в любом рефлекторном акте принимают участие группы нейронов, передающие импульсы в различные отделы мозга, в рефлекторную реакцию вовлекается весь организм. Ведь если вы обожглись, то немедленно отдерните руку – это рефлекторная реакция. Но при этом не только сократятся мышцы руки, но изменится дыхание, деятельность сердечно-сосудистой системы, вы вскрикните. В ответную реакцию включается практически весь организм, поэтому рефлекторный акт – координированная реакция всего организма.
Между ЦНС и исполнительным органом существуют как прямые, так и обратные связи. Благодаря им мы можем не только судить о результатах действия, но и вносить поправки в нашу деятельность, исправлять допущенные ошибки.
Периферическая нервная система состоит из двух частей. Нервные сигналы от рецепторов и команды поперечнополосатой мускулатуре передаются соответственно по чувствительным и двигательным нервным путям. Эти два типа нервных путей обычно проходят в общих нервах и составляют соматическую нервную систему.
Она состоит из 31 пары спинномозговых нервов и 12 пар черепномозговых нервов. Спинномозговые нервы, корешки которых этажами располагаются вдоль всего спинного мозга, передают информацию, связанную с кожными рецепторами и мускулатурой туловища и конечностей. Черепномозговые нервы, берущие начало в том месте, где спинной мозг переходит в головной, передают сенсорные сигналы и команды, связанные с рецепторами и мышцами шеи и головы.
Вегетативная нервная система, ответственная за внутренние функции, состоит из двух параллельных, но антагонистических систем. Первая из них, называемая симпатической, образована нервными волокнами, выходящими из спинного мозга на уровне грудного и поясничного отделов. Эти волокна соединяются в двух лежащих вдоль позвоночника цепочках нервных узлов с волокнами, иннервирующими различные внутренние органы. Симпатическая система приводит организм в состояние «боевой готовности». Она вызывает учащение сердечного ритма, расширение артерий в мышцах, торможение функций пищеварительной системы, активацию потовых желез, а также влияет на деятельность некоторых эндокринных желез, заставляя их секретировать адреналин и норадреналин, активирующие мускулатуру.
Парасимпатическая система образована волокнами некоторых черепномозговых и спинномозговых нервов. Она в противоположность симпатической системе способствует расслаблению организма и восстановлению его энергетических запасов, в частности за счет активации пищеварения. Она действует также на различные органы, вызывая эффекты, противоположные эффектам симпатической системы. Так, она вызывает урежение сердечного и дыхательного ритмов, стимулирует работу желудка и кишечника, способствует сокращению мочевого пузыря и выведению из него мочи.
Периферические части соматической и вегетативной систем представляют собой продолжение центров переработки информации, программирования и принятия решений, которые этажами располагаются в спинном мозге и выше, вплоть до коры головного мозга. Каждый их этих центров находится под контролем другого центра, лежащего непосредственно над ним. Все центры связаны между собой пучками нервных волокон.
Центральная нервная система включает в себя спинной и головной мозг.
Спинной мозг представляет собой шнур диаметром около 1 см и длиной 42–45 см, расположенный в позвоночном канале. Его главная функция состоит в проведении сигналов от периферической нервной системы или к ней. Наружные слои спинного мозга в основном образованы восходящими сенсорными и нисходящими двигательными нервными путями, а также путями, передающими нервные сигналы узлам симпатической системы.
Помимо этого спинной мозг выполняет функцию нервного центра, ответственного за врожденные рефлексы. Он способен мгновенно передавать команды тем или иным мышцам после получения соответствующей информации и обеспечивает, таким образом, быструю защитную реакцию организма, например в случае ожога или укола.
Головной мозг – это отдел нервной системы, заключенный в черепную коробку. Он состоит из мозгового ствола, мозжечка и конечного мозга. Внутри головного мозга имеются четыре полости, которые называют желудочками. Они заполнены спинномозговой жидкостью.
Ствол мозга включает такие структуры, как продолговатый мозг, варолиев мост, средний мозг и промежуточный мозг. Ствол можно сравнить с ножкой гриба, шляпка которого образована полушариями мозга. Здесь расположены центры дыхания, сердечной деятельности, обмена веществ в организме, чувствительные и двигательные центры. В стволовых отделах головного мозга находится особое нервное образование, регулирующее состояние, тонус мозговой коры. Построено оно по типу нервной сети и получило название ретикулярной формации.
Мозжечок участвует в координации движений, в поддержании нормального тонуса мышц, в проявлениях вегетативной нервной системы.
Конечный мозг включает базальные узлы и большие полушария. Базальные узлы имеют центры регуляции двигательных автоматизмов, вегетативных проявлений, сенсорных функций, участвуют в процессах речи, высших проявлений психики человека. Из всех отделов головного мозга у человека наиболее интенсивно развиты большие полушария. Их вес у взрослого человека в 40 раз превышает вес мозгового ствола и в 9 раз – вес мозжечка.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.