Основные концепции современной физиологии

Элементарной структурой и функциональной единицей всего живого на Земле является клетка. Выдающимся достижением в физиологии клетки является обоснование в конце 40—50-х гг. XX столетия мембранной теории биоэлектрических потенциалов' (А. Ходжкин, Э. Хаксли, Б. Катц). Согласно этой теории биоэлектрические потенциалы обусловлены неодинаковой кон­центрацией ионов К⁺, Na⁺, С‾ внутри и вне клетки и различ­ной проницаемостью для них поверхностной мембраны.

Нобелевской премии удостоены физиологи Д. Экклс, Э. Хак­сли, А. Ходжкин за изучение ионных механизмов двух основ­ных физиологических процессов — возбуждения и торможе­ния. Д. Экклс впервые осуществил внутриклеточное отведе­ние электрических потенциалов в клетках центральной нервной системы, определил электрофизиологические характеристи­ки возбуждающих и тормозящих потенциалов, открыл один из видов торможения.

Параллельно шли исследования структурной и функ­циональной организации клетки. Г. Паладе принадлежит от­крытие и описание рибосом. Р. Дюв открыл новый класс суб­клеточных частиц, названных им лизосомами, выяснил их при­роду и развил концепцию об их функции, определил участие лизосом в физиологических и патологических процессах в клет­ке. Изучая субклеточные фракции, А. Клод показал, что с митохондриями (энергетическими «станциями» клетки) связа­на активность основных ферментов окисления. А. Сент-Дьер-дьи обнаружил в мышце актин и показал, что актомиозиновые нити (миозин был открыт российским биохимиком Б. А. Энгель-гардтом) укорачиваются под влиянием АТФ. В результате этих открытий и дальнейших исследований выявилось единство прин­ципа функционирования, химической динамики и энергетики обладающих подвижностью различных клеток организма.

Как известно, нервы и мышцы (нервная и мышечная тка­ни) относятся к возбудимым образованиям. Это значит, что в ответ на раздражение в них возникают различные электрические потенциалы. Одним из достижений физиологии XX в. считает­ся открытие медиаторов (нейротрансмиттеров) и создание учения о химическоммеханизме передачи нервного импульса в си­напсах. Основы этого учения были заложены австрийским фи­зиологом О. Леви и английским физиологом Г. Дейлом, удостоенным Нобелевской премии «За открытие химической пе­редачи нервной реакции». В 1970 г. Нобелевскую премию по­дучили сразу несколько ученых, исследования которых ознаме­новали новый этап в развитии учения о медиаторах. Так, У. Эйлер, изучая процесс передачи нервных импульсов в симпати­ческой нервной системе, установил, что медиатором в этом процессе служит вещество норадреналин. Б. Катцу принадле­жит открытие механизма выделения другого медиатора (парасимпатической нервной системы) — ацетилхолина — в нервно-мышечной передаче возбуждения. В настоящее время описано уже несколько десятков медиаторов, оказывающих как возбуж­дающее, так и тормозящее влияние.

Изучая сложную структуру смешанных нервов, амери­канские физиологи Д. Эрлангер и Г. Гассер установили в них наличие трех типов волокон и доказали их функциональные различия. Они сформулировали закон прямо пропорциональ­ной зависимости скорости проведения импульса от диаметра нервного волокна.

Развивая учение И.М. Сеченова о рефлексах, И.П. Павлов разработал учение об условных рефлексах. Это позволило ему не только получить подтверждения сформулированной Сеченовым концепции о зависимости всех функций организма от окружаю­щей среды, но и создать новое учение — физиологию высшей нервной деятельности человека, и животных. Павлов развил ос­новные представления о типах нервной системы, создал учение об анализаторах, заложил основы экспериментальной патологии высшей нервной деятельности. И.П. Павлову, единственному из русских физиологов, за большой вклад в изучение физиологии человека была присуждена Нобелевская премия.

Английский нейрофизиолог Ч. Шеррингтон установил од­нонаправленность возбуждения в рефлекторной дуге (морфо­логической основе рефлекса), наличие синаптической задерж ки, описал антагонистические рефлексы. Шеррингтон сформулировал, общие принципы деятельности нервной системы показал, что при осуществлении любого рефлекса нервная система функционирует как единое целое. За разработку нейронного механизма рефлексов — самых элементарных актов поведения — Ч. Шеррингтон удостоен Нобелевской премии.

В России исследования по физиологии центральной нервной системы развивались по нескольким направлениям. Так, существенное значение имела концепция А.А. Ухтомского о доми­нанте, "Одном из принципов осуществления деятельности нерв­ной системы. Эта концепция предполагает способность возбуж­денного очага в любом отделе центральной нервной системы «притягивать» на себя возбуждения, которые вне существова­ния такого доминирующего центра проявляют иной эффект.

П.К. Анохин, развивая рефлекторную теорию, создал уче­ние о функциональных системах. Функциональная система раскрывает схему приспособительной деятельности организма.

Немецкий электрофизиолог Г.Бергер впервые зареги­стрировал методом электроэнцефалографии биоэлектрическую активность мозга человека, детально изучил форму и ритмы электрических колебаний и ввел метод электроэнцефалографии в клиническую практику.

Американский нейрофизиолог Г. Уолтер открыл медленные электрические колебания электроэнцефалограммы, характер­ные для очагов патологии, и волны, сопровождающие эмоциональные реакции.

Нобелевская премия была вручена В. Гессу за открытие функциональной организации промежуточного мозга и его связи с деятельностью внутренних органов.

Наш соотечественник М.Д. Ливанов разработал один из методов электроэнцефалографии, позволяющий проводить детальный анализ биоэлектрических процессов, протекающих одновременно по всей поверхности коры больших полушарий головного мозга.

Совершенствования методических подходов в физиологии позволили Д. Хьюбелу и Т. Визелу создать концепцию, ка­сающуюся принципов переработки информации в нейронных структурах мозга (в частности, в зрительной системе), изучить структуру признаков зрительного изображения.

Американский ученый Г. Бекеши на созданных им моделях наблюдал колебания основной мембраны, внутреннего уха измерил ее механические параметры. Бекеши сформулировал теорию амплитудно-частотного анализа звуков в органе слуха, предложил метод его исследования.

Перейдем к основным концепциям в физиологии висцераль­ных систем (т. е. функций внутренних органов). Значительная часть исследований в области физиологии пищеварения в XX столетии осуществлялась под влиянием работ И.П. Павло­ва. А.М. Уголев открыл новый тип пищеварения — присте­ночное (мембранное), что позволило обосновать трехзвенную систему деятельности пищеварительной системы: полостное пи­щеварение — мембранное пищеварение — всасывание.

Изучение регуляции водно-солевого обмена и функций по­чек в России осуществлялось главным образом под руковод­ством Л.А. Орбели, обосновавшего положение о том, что ведущей функцией почки является гомеостатическая.

Ф. Бантингу и Д. Маклеоду, а также Ч. Бесту присуж­дена Нобелевская премия за открытие инсулина. Они не толь­ко выделили гормон поджелудочной железы — инсулин, но и разработали метод лечения этим гормоном сахарного диабета.

Американскому физиологу У. Кеннону принадлежит от­крытие роли адреналина как симпатического передатчика и создание концепции о симпатико-адреналовой системе. Исследуя вопрос о влиянии нервной системы на образование и выделение гормонов эндокринными железами, Кеннон при­шел к заключению, что секреция в кровь увеличенных коли­честв адреналина происходит при эмоциональных состояниях и приводит к возникновению многих функций организма, ха­рактерных для подобных состояний.

Канадский физиолог и патолог Г. Селье известен благо­даря выдвинутой им теории неспецифического реагирования организма, сформулированной в виде концепции стресса. Он ввел понятия адаптационного синдрома, адаптивных гормо­нов (гормонов передней доли гипофиза и коры надпо­чечников), болезней адаптации и адаптационной энергии. Селье заложил также основы психофизиологии стресса.

Кровь

Кровь, лимфа и тканевая жидкость — это внутренняя сре­да организма. Внутренняя среда организма обладает динами­ческим постоянством констант — гомеостазом.Гомеостаз — условие независимого существования организма человека. В 1939 г. Ланг ввел в науку понятие «система крови» — это органы кроветворения, органы кроверазрушения, перифери­ческая кровь, нейрогуморальный аппарат регуляции.

Эритроциты образуются в красном костном мозге. В нем же осуществляется разрушение эритроцитов, синтез гемогло­бина. Разрушение эритроцитов, а также дифференцировка лим­фоцитов происходит и в селезенке.

Функции системы крови следующие:

1. Поддержание гомеостаза.

2. Транспортная (перенос газов крови, питательных ве­ществ, продуктов их метаболизма).

3. Терморегуляторная.

4. Защитная (участие в иммунных реакциях).

5. Экскреторная (выделительная) и др.

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. Вязкость крови составляет 5 единиц и зависит от содержания в крови форменных элементов и белков. Плот­ность крови находится в пределах 1,050—1,060. Важнейшим показателем крови является кислотно-щелочное равновесие — рН крови — 7,36—7,4 единицы. Следовательно, активная ре акция крови слабощелочная; рН крови поддерживается в кро­ви буферными системами. Важнейшей из них является гемоглобиновая. Плазма крови на 90—92% состоит из воды, а 8— 10% — это ее сухой остаток. В состав плазмы входят белки, глюкоза, минеральные вещества, жиры, небелковые азотсодержащие вещества и др. Плазма, из которой извлечен один из ее белков — фибриноген, называется сывороткой крови. Сыворотка используется для определения групповой принад­лежности крови.

Форменные элементы крови (клетки) разделяются на эрит­роциты, лейкоциты, тромбоциты. Эритроциты — красные кровяные клетки — это безъядер­ные высокоспециализированные клетки крови. Их количе­ство составляет от 4-10¹² до 5-10¹² штук в литре крови. Их ос­новная функция — транспортная: перенос кислорода и угле­кислого газа за счет содержимого эритроцитов — гемоглобина.

Лейкоциты — белые кровяные клетки, имеющие ядро и обладающие амебоидным движением. Их содержание в кро­ви колеблется от 4-10⁹ до 9-10⁹ штук в литре крови. Лейкоци­ты разделяются на две фракции — зернистые и незернистые. Процентное соотношение зернистых лейкоцитов и незернистых называется лейкоцитарной формулой. Основная функ­ция этих клеток крови — защитная — участие в поддержании иммунитета.

Тромбоциты — красные кровяные пластины — выполняют также защитную функцию, участвуя в механизмах свертыва­ния крови. Их количество в крови здорового человека колеблется от 250-10⁹ до 400-10⁹ штук в литре крови. Различают процесс свертывания в мелких сосудах, например, капиллярах, и в крупных — артериях, венах. Процесс свертывания крови называется гемостазом. Если гемостаз протекает в капилля­рах, то он сводится к кратковременному спазму сосудов, приклеиванию, а затем скучиванию тромбоцитов в месте повреждения сосуда, что приводит к образованию тромбоцитарной пробки. В крупных сосудах гемостаз протекает ферментативным путем в три фазы.

На 1-й фазе при разрушении тромбоцитов выделяется ак­тивный фермент тромбопластин. Затем, на 2-й стадии, тромбопластин ускоряет реакции перехода содержащегося в плаз­ме белка протромбина в тромбин. На 3-й стадии под действи­ем тромбина из растворенного в плазме фибриногена образуется нерастворимый фибрин, выпадающий в виде ни­тей. В нитях фибрина запутываются форменные элементы крови, образуется тромб. Затем происходит уплотнение сгу­стка путем удаления из него сыворотки. Время свертывания крови в норме составляет от 3 до 5 минут.

В организме человека существуют во взаимодействии две системы: свертывающая и противосвертывающая. Противосвертывающая включает целый ряд химических веществ, ингибирующих все или выборочные фазы свертывания крови. Универсальным противосвертывающим веществом является гепарин. В результате взаимодействия свертывающей и про-тивосвертывающей систем кровь пребывает в жидко-агрегат­ном состоянии.

Еще в 1901 г. австрийский ученый К. Ландштейнер, сме­шивая эритроциты с сывороткой крови, обнаружил, что при одних сочетаниях сыворотки и эритроцитов разных людей на­блюдается агглютинация (т. е. склеивание эритроцитов), а при других — нет. Это происходит в результате взаимодей­ствия присутствующих в эритроцитах факторов — агглютиногенов — и содержащихся в плазме антител (агглютининов). Главные агглютиногены эритроцитов — А и В, а агглютини­ны плазмы — а и р. Ландштейнер установил, что в крови одних людей совсем нет агглютиногенов (I группа, или 0), в крови других — только агглютиноген А (II группа, А), у тре­тьих — только агглютиноген В (III группа, В), а четвертая содержит оба агглютиногена. В то же время в крови разных людей существуют либо один, либо два, либо ни одного агг­лютинина. Никогда не встречаются в крови одного человека в норме одноименные агглютиноген и агглютинин, например Ас_а или Вс_Β. Таким образом, было описано четыре группы крови по системе АВО:

Учение о группах крови усложнилось в связи с открытием новых систем агглютиногенов. Своеобразным агглютиногеном является также резус-фактор, открытый Ландштейнером в 1940 г. 85% людей имеют этот агглютиноген в крови, а 15% — не имеют. Резус-фактор имеет большое значение в медицинской практике. Изучение крови на резус-фактор теперь обязатель­но проводят вместе с обычным определением группы крови во избежание резус-конфликта.

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 кройь из вен. Масса сердца колеблется в преде­лах 200—400 г, по объему оно сопоставимо с кулаком, сердце сокращается ритмично. Частота сердцебиений составляет 75 раз в минуту. Объем крови, перекачиваемой 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 2 половин — правой и левой. В каждой из них имеются 2 камеры — предсердие и желудо­чек. Следовательно, сердце у человека — четырехкамерное.

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 вначале в мелкие, а затем в крупные вены и, наконец, по двум полым венам возвращается в правое предсердие. Правым предсердием закан­чивается большой круг кровообращения. Малый (легочный) круг кровообращения начинается из правого желудочка серд­ца легочным стволом, затем кровь направляется в легкие. В легких благодаря газообмену венозная кровь превращается в артериальную, а затем по четырем легочным венам возвращается в левое предсердие, а оттуда — в левый желудочек сердца. Таким образом, благодаря сокращениям сердца кровь поступает в артерии, вены, капилляры. Последние образуют густую сеть длиной 200 000 км.

Сердечная мышца обладает целым рядом физиологических свойств (например, автоматией), исследовать которые мож­но с помощью различных физиологических методов, самым традиционным из которых является электрокардиография. Ме­тодика представляет собой снятие электрических потенциа­лов сердца с поверхности тела. Регистрация электрокардио­граммы производится в стандартных (от конечностей) и груд­ных отделах.

Особенности кровотока в артериях, венах, капиллярах изу­чает специальный раздел физиологии — гемодинамика. Одним из методов, применяемых в гемодинамике, является регистрация артериального давления. В нормальных условиях у взрослого человека максимальное (систолическое) давление составляет 110—125 мм рт. ст., а минимальное (диастолическое) — 70—85 мм рт. ст.

Лимфатическая система

Система лимфообращения осуществляет постоянный от­ток межтканевой жидкости по направлению к сердцу. Кроме того, к функциям лимфы относятся поддержание объема и состава тканевой жидкости, всасывание и перенос питатель­ных веществ из пищеварительного канала в венозную систе­му, участие в иммунных реакциях организма посредством до­ставки лимфоцитов, антител и др.

Лимфатическая система состоит из органов иммунной систе­мы: костного мозга, вилочковой железы, миндалин, лимфати­ческих узлов, селезенки, лимфоидных узелков, расположен­ных в слизистой оболочке внутренних органов, в основном пи­щеварительных. Кроме того, к лимфатической системе относятся и лимфатические пути. Это лимфокапилляры, лимфатические посткапилляры, содержащие клапаны, лимфатические сосуды (внутриорганные, внеорганные), лимфатические стволы, объе­диняющиеся в лимфатические протоки "(грудной и правый лим­фатические протоки), впадающие в вены.

Начальный отдел лимфатической системы — это замкну­тые лимфокапилляры, в них и переходит межтканевая жид­кость. По мере продвижения к грудному и шейному прото­кам лимфа проходит через биологические фильтры — лимфа­тические узлы. В них происходит обеззараживание лимфы — освобождение ее от бактерий и токсинов.

Состав лимфы непостоянен: он изменяется под влиянием принятой пищи. Причем жирная пища приводит к увеличе­нию в ней жировой эмульсии. Лимфа приобретает молочно-белый цвет. В лимфе содержится незначительное количество белков, но и с этим незначительным количеством из крови в течение суток уходит до 200 г белка. Возвращая его в общий кровоток, лимфа поддерживает белковое постоянство крови.

Лимфа движется только в одном направлении — от тканей по ее главным протокам и через них — в венозную систему. Ее движению способствуют ритмические сокращения стенок лимфатических сосудов и отрицательное (присасывающее) внутригрудное давление. Обратному току лимфы препятству­ют многочисленные клапаны в лимфатических сосудах.

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 газообменную 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 (СО₂) 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. Следовательно, дыхательный цикл складывается из вдоха и выдоха. Дыхание осуществляется непрерывно благо­даря нервным импульсам, поступающим из дыхательного цен­тра, расположенного в продолговатом мозгу. Дыхательный центр обладает автоматией, но его работа контролируется корой больших полушарий.

Эффективность внешнего дыхания может быть оценена по величине легочной вентиляции, т. е. по объему воздуха, про­ходящего через дыхательные пути. Взрослый человек за один дыхательный цикл вдыхает и выдыхает в среднем около 500 см³ воздуха. Этот объем называется дыхательным. При дополни­тельном (после нормального вдоха) максимальном вдохе мож­но вдохнуть еще 1500—2000 см³ воздуха. Это дополнительный объем вдоха. После спокойного выдоха можно дополнитель­но выдохнуть еще около 1500 — 3000 см³ воздуха. Это Дополнительный объем выдоха. Жизненная емкость легких равна суммарной величине дыхательного и дополнительного объемов вдоха и выдоха (3—5 литров). Определение жизненной емкости легких производят методом спирометрии.

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 (крупных и мелких). Пищеваритель­ная система начинается полостью рта и заканчивается задним проходом. 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, вода, минеральные вещества. В пищеваритель­ном аппарате происходят сложные физико-химические пре­вращения пищи: от формирования пищевого комка в ротовой полости до всасывания и удаления непереваренных ее остат­ков. Эти процессы осуществляются в результате двигательной, всасывающей и секреторной функций аппарата пищеварения. Все эти три пищеварительные функции регулируются нервным и гуморальным (посредством гормонов) 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. Так, под действием фер­ментов слюны — амилазы и мальтазы — происходит гидролиз (расщепление) углеводов при рН (кислотно-щелочном) рав­новесии 5,8—7,5. Слюноотделение происходит рефлекторно. Оно усиливается, когда мы чувствуем приятные запахи, или, например, при попадании инородных частиц в ротовую по­лость. Объем слюноотделения составляет 0,5 мл в минуту в состоянии покоя (это облегчает речедвигательную функцию) и5 мл в минуту во время еды. Слюна также обладает бактерицидными свойствами. Физическая обработка пищи включает размельчение (жевание) и формирование пищевого комка. Кроме того, в ротовой полости происходит формирование вкусовых ощущений. В этом большую роль играет также слюна, которая в данном случае выступает в роли растворителя. Известно четыре первичных вкусовых ощущения: кислое, со­леное, сладкое, горькое. Они неравномерно распределяются на поверхности языка.

После глотания пища попадает в желудок. В зависимости от состава пища находится в желудке разное время. Хлеб и мясо перевариваются за 2—3 часа, жиры — 7—8 часов. В желудке из жидких и твердых компонентов пищи постепенно формируется полужидкая кашица — химус. Желудочный сок имеет очень сложный состав, так как является продуктом сек­реции трех типов желудочных желез. Он содержит ферменты: пепсиногены, расщепляющие белки; липазы, расщепляющие жиры, и др. Кроме того, в состав желудочного сока входят хлористоводородная кислота (HG1), придающая соку кис­лую реакцию (0,9—1,5), и слизь (мукополисахариды), 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 (продолжительность сокращений от 2 до 20 секунд). Желудок ежедневно выделяет 1,5 л желу­дочного сока.

I Пищеварение в двенадцатиперстной кишке отличается еще большей сложностью ввиду того, что туда поступают три пи­щеварительных сока — желчь, поджелудочный сок и собствен­ный кишечный сок. Здесь химус подвергается действию фер­ментов, гидролизирующих и жиры, и углеводы, и белки, а также нуклеиновые кислоты; рН при этом составляет 7,5— 8,5. Наиболее активны ферменты поджелудочного сока. Желчь облегчает переваривание жиров, превращая их в эмульсию. В двенадцатиперстной кишке подвергаются дальнейшему расщеплению углеводы.

В тонком кишечнике (тощая и подвздошная кишка) сочетаются три взаимосвязанных процесса — полостное (внеклеточное) пищеварение, пристеночное (мембранное) и всасывание. Вместе они представляют собой этапы пищеварительно-транспортного конвейера. Химус продвигается по тонкой кишке со скоростью 2,5 см в минуту и переваривается в ней за 5—6 часов. Кишка сокращается 13 раз в минуту, что способствует перемешиванию и расщеплению пищи. Клетки кишечного эпителия покрыты микроворсинками, представляющими собой выросты высотой 1—2 мкм. Количество их огромно — от 50 до 200 млн на 1 мм² поверхности кишечника. Общая площадь кишечника за счет этого возрастает до 400 м². в порах между микроворсинками адсорбированы ферменты.

В кишечном соке содержится полный набор ферментов расщепляющих белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кис­лоты. Эти ферменты осуществляют пристеночное пищеварение. Через микроворсинки происходит и всасывание простых молекул этих веществ в кровь и в лимфу. Так, белки всасываются в кровь в виде аминокислот, углеводы — в виде глюкозы и других моносахаров, а жиры — в виде глицерина и жирных кислот в лимфу и частично в кровь.

Процесс пищеварения заканчивается в толстом кишечни­ке. Железы толстого кишечника секретируют слизь. В тол­стом кишечнике благодаря населяющим его бактериям про­исходит брожение клетчатки и гниение белков. При гниении белков 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 (бак­терии) толстого кишечника осуществляет биосинтез некоторых биологически активных веществ (например, витаминов груп­пы В и К).

Обмен веществ и энергии

французский ученый К. Бернар установил, что живой орга­низм и среда — это единая система, т. е. между ними проис­ходит непрерывный обмен веществами и энергией. Энергия необходима организму для поддержания всех его жизненно важ­ных 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. Накопление энергии происходит _в основном за счет АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). 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. Так, например, при сокраще­нии мышц около 80% энергии теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу.

Перейдем к вопросу об обмене веществ в организме чело­века, или метаболизму. Процессы метаболизма разделяются на две группы: анаболические и катаболические.

Анаболизм — это процессы биосинтеза органических ве­ществ. Анаболизм обеспечивает рост, развитие организма, обновление его структур и накопление энергии.

Катаболизм — это процессы расщепления сложных молекул до простых веществ с образованием энергии в виде АТФ. Эти процессы находятся в организме человека в состоянии Равновесия или же преобладания одного над другим. Потреб­ность организма в пластических веществах удовлетворяется путем потребления их с пищей.

Рассмотрим отдельно особенности белкового, углеводного и жирового обмена.

Обмен белков. Белки — это вещества, в состав которых входят аминокислоты (20). В состав белков входит также азот.

Функции белков — пластическая (строительная), энергетическая. Так, при сгорании 1 г белка в организме высвобождается 4,1 ккал энергии. В сутки человек должен потреблять не менее 85—90 г белка (это белковый оптимум).

Обмен жиров (липидов). Жиры — это эфиры высших жирных кислот и глицерина. Их функции: энергетическая, плас­тическая, а также участие в теплообмене. Так, при сгорании в организме 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энергии, всутки потребность в жирах составляет от 80 до 100 г. Жиры могут запасаться в организме в подкожной жировой клетчатке, в оболочках вокруг внутренних органов и т.д.

Обмен углеводов. Углеводы можно условно разделить на три класса соединений: моносахара (например, глюкоза); дисахара (например, мальтоза); полисахара (например, крахмал). Это вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Они выполняют энергетическую и пластическую функции, а также входят в состав нуклеиновых кислот (ДНК, РНК)и АТФ. Потребность в углеводах составляет в сутки 350—450 г. Углево­ды могут запасаться в организме человека в виде животного крахмала — гликогена в печени и в скелетных мышцах.

Таким образом, соотношение в пищевом рационе основ­ных питательных веществ составляет 1:1:4 (белков : жиров : углеводов). При составлении пищевых рационов кроме этого правила учитываются энергозатраты человека за 1 сутки, за­висящие от характера выполняемой им работы.

В состав пищи входят также вода, неорганические (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 (A, D, Е и К) является пища животного происхождения (молоко, яйца, мясо, печенье и т.д.). Некоторые витамины синтезируются микро­флорой кишечника (витамин К, Bg). 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 — недостаточным поступлением витами­нов с пищей. Этот недостаток можно легко устранить при­емом поливитаминов, содержащих весь комплекс витаминов и минеральные добавки.

Физиология выделения

К выделительным органам относят почки, кожу, потовые зальные железы, легкие. Органы мочевыделения — это поч­ки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный ка­нал. Функции почек многообразны:

1. Участие в регуляции водного баланса организма.

2. Участие в постоянстве ионного баланса.

3. Регуляция осмотического давления во внутренней среде
организма.

4. Поддержание кислотно-щелочного равновесия и др.

Однако основная функция почек — экскреторная — удале­ние из организма вредных и чужеродных для него веществ пу­тем образования и выведения мочи.

Почки находятся в брюшной полости. По форме они на­поминают боб, каждая из них весом 120—200 г, длиной 10— 12 см, шириной 6 см, толщиной 3 см. Почки располагаются по обе стороны от позвоночного столба. На вогнутом крае почки имеется углубление — почечные ворота, через которые проходят сосуды, нервы и мочеточник. На разрезе через почку видно, что она состоит из коркового и мозгового вещества.

Мозговое вещество (внутри) представлено 10—15 почеч­ными пирамидками. Корковое вещество расположено сна­ружи и проникает в мозговое, образуя почечные столбы. В корковом веществе находятся структурно-функциональные элементы почки — нефроны (1 миллион в каждой почке). Нефрон начинается почечным тельцем, состоящим из капсу­лы и капиллярного клубочка. Капсула переходит в систему канальцев — извитых и прямых. Канальцы, в свою очередь, переходят в собирательную трубочку, которая впадает в сосочковый проток, открывающийся на вершине пирамиды в полость малой почечной чаши. Несколько малых чаш откры­ваются в большую чашу, а 2—3 большие — в почечную лохан­ку. Почечная лоханка, суживаясь, переходит в мочеточник.

Почки каждую минуту пропускают более 1 л крови, а всего ими за сутки фильтруется и очищается 1700 л крови. В нефронах происходит процесс мочеобразования путем:

1) фильтрации (в капсуле нефрона) под давлением;

2) обратного всасывания (в канальцах);

3) секреции (в канальцах).

Образовавшаяся моча через мочеточник поступает в моче­вой пузырь, где накапливается, а затем через мочеиспуска­тельный канал выводится наружу.

Моча выделяется в количестве 1 — 1,5 л в сутки. Она свет­ло-желтого цвета, кислотно-щелочное равновесие (рН) ко­леблется от 4,5 до 8 единиц. Моча содержит вредные продук­ты метаболизма: мочевину, мочевую кислоту, аммиак, а так­же воду и неорганические вещества, и пигмент урохром. В норме у здорового человека не должны содержаться в моче глюкоза и белок. Их присутствие может быть связано с раз­личными заболеваниями (сахарный диабет, нефрит и др.).

Железы внутренней секреции

Наряду с нервной регуляцией функций в организме чело­века существует гормональная регуляция с помощью биоло­гически активных веществ — гормонов. Деятельность нервной и гормональной регуляции взаимосвязана. Гормоны в орга­низме человека влияют на следующие процессы:

1) обмен веществ и энергии;

2) рост, развитие;

3) размножение;

4) адаптация.

Гормоны — это биологически активные вещества, вырабаты­ваемые специальными железами внутренней секреции, поступа­ющие в кровь и изменяющие функции органов — мишеней.

Гормоны обладают следующими свойствами:

1) образуются специальными клетками эндокринных желез;

2) обладают высокой биологической активностью;

3) поступают в кровь;

4) действуют на расстоянии от места образования — дис­тантно;

5) большинство их не обладает видовой специфичностью;

6) быстро разрушаются.

Все железы внутренней секреции делятся на центральные и периферические.

К центральным железам относятся гипофиз (ведущая желе­за внутренней секреции), эпифиз и гипоталамус (структура промежуточного мозга). Периферические железы делятся на гипофиззависимые и гипофизнезавйсимые. К гипофиззависимым железам относят щитовидную железу, корковое вещество надпочечников, половые железы. К гипофизнезависимым железам относят паращитовидные железы, поджелудочную железу, тимус (вилочковую железу) и мозговое вещество над­почечников. Необходимо отметить, что половые железы и под­желудочная железа являются смешанными, так как имеют и внешне, и внутрисекреторную части.

В организме человека имеются и отдельные гормонпродуцирующие клетки, находящиеся, например, в органах желу­дочно-кишечного тракта или тканях.

Гипофиз является ведущей железой внутренней секреции. Он находится на основании мозга и имеет три доли: перед­нюю (аденогипофиз), промежуточную, заднюю (нейрогипофиз). Гипофиз связан с гипоталамусом и составляет с ним вместе единую гипоталамо-гипофизарную систему.

В передней доле (аденогипофизе) вырабатываются гор­мон роста и группа так называемых тропных гормонов, ока­зывающих влияние на щитовидную железу, половые железы, надпочечники. Средняя (промежуточная) доля вырабатывает гормон, влияющий на пигментообразующую функцию кожи. В задней доле (нейрогипофизе) образуются два гормона, вли­яющие на функции почек и матки и реализующие свое дей­ствие через гипоталамус.

Внутрисекреторная функция эпифиза связана с регуляци­ей половых функций организма. Разрушение эпифиза приво­дит к преждевременному половому созреванию.

Функция этой железы связана с регуляцией биологических ритмов в организме человека.

Щитовидная железа регулирует различные виды обмена ве­ществ, а также влияет на энергетический обмен. Особенно­стью щитовидной железы является ее способность активно извлекать йод из плазмы крови.

Каждый надпочечник состоит из коркового и мозгового вещества. Образование гормонов коры надпочечников нахо­дится под влиянием гипофиза. Кортикоидные гормоны обла­дают широким спектром действия. Основным их действием является влияние на углеводный обмен, обмен минеральных веществ, они оказывают влияние на клеточный и гумораль­ный иммунитет. Изменение концентрации кортикоидов осо­бенно отчетливо проявляется при действии стрессоров. В свя­зи с тем, что эти гормоны повышают резистентность орга­низма к действию стрессоров, их еще называют гормонами адаптации.

Образование половых гормонов происходит в мужских (яич­ках) и женских (яичниках) половых железах, или гонадах Половые гормоны влияют на развитие и созревание половых клеток, развитие вторичных половых признаков у мужчин и женщин, половое поведение. У женщин концентрация по­ловых гормонов непостоянна (женские половые циклы).

Паращитовидные железы (их всего 4) являются гипофизнезависимыми. Гормон паращитовидной железы способствует ' переходу кальция из костной ткани в кровь. Полное удаление паращитовидных желез может привести к гибели организма.

Поджелудочная железа, являясь железою со смешанной сек­рецией, также является гипофизнезависимой. Ее гормоны влияют на углеводный обмен. Причем инсулин — это един­ственный гормон, понижающий уровень глюкозы в крови за счет увеличения способности клеточных мембран пропускать глюкозу внутрь клетки.

Мозговое вещество надпочечников вырабатывает гормоны норадреналин и адреналин. Влияние этих гормонов многооб­разно. Так, адреналин учащает и усиливает сокращение сердца, повышает в крови уровень глюкозы, понижает секрецию и моторную деятельность желудка и кишечника, расширяет зрачок, повышает работоспособность скелетных мышц.

Тимус (вилочковая железа) — это центральный орган им­мунитета. Наряду с этим железа продуцирует в кровь гормо­нальные факторы. В целом вилочковая железа рассматрива­ется как орган интеграции иммунной и эндокринной систем организма.

Нервная система

Нервная система обеспечивает взаимодействие организма с внешней средой и регулирует работу всех органов и систем организма. Она подразделяется на центральную и периферическую, а также на соматическую и вегетативную.

Соматическая нервная система обеспечивает чувствитель­ную и двигательную функции, а вегетативная — иннервирует все внутренние органы и железы.

Центральная нервная система состоит из спинного и го­ловного мозга. Структурно-функциональной единицей явля­ется нейрон.

Спинной мозг имеет длину 41—45 см, расположен внутри позвоночного канала. Вверху он переходит в продолговатый мозг, а внизу истончается и заканчивается мозговым конусом.

От спинного мозга отходят в обе стороны корешки, обра­зующие вместе спинномозговые нервы (всего 31 пара). Зад­ние корешки состоят из отростков чувствительных нейронов, а передние образованы аксонами двигательных нервных кле­ток. Внутреннее строение спинного мозга хорошо видно на его поперечном разрезе. Внутри (в виде рогов) находится се­рое вещество, состоящее из тел нейронов. Белое вещество — это отростки нервных клеток, образующие проводящие пути спинного мозга: восходящие — от спинного мозга к головно­му, нисходящие — от головного мозга к спинному.

Участок серого вещества с отходящей от него парой спин­номозговых корешков называется сегментом спинного мозга. Всего насчитывается 31 сегмент: 8 шейных, 12 грудных, 5 по­ясничных, 5 крестцовых, 1 копчиковый.

Функции спинного мозга:

1.Рефлекторная. Двигательные и чувствительные рефлек­сы. Особое значение имеют двигательные рефлексы, реф­лексы растяжения, сгибания, разгибания, поддерживающие тонус мышц. Вегетативные рефлексы, например, мочеис­пускание, дефекация, сосудистые.

2. Проводниковая — связь с головным мозгом. При по­вреждении спинного мозга возникает спинальный шок, ког­да выпадают все спинномозговые рефлексы. Затем они могут медленно (за 0,5 года) восстановиться.

Головной мозг состоит из 5 отделов:

1) продолговатый мозг;

2) задний мозг (мост и мозжечок);

3) средний мозг;

4) промежуточный мозг;

5) конечный, или передний (кора больших полушарий).

Продолговатый мозг имеет форму луковицы и является про­должением спинного мозга. На его передней поверхности на­ходятся пирамиды — в них проходят двигательные пути от коры больших полушарий через спинной мозг к мышцам. Сбоку от них крупные образования — оливы. По задней поверхности проходят тонкий и клиновидные пучки — пути чувствительно­сти (от рецепторов в головной мозг). В толще продолговатого мозга находятся ядра 9—12-й пары черепно-мозговых нервов и диффузно-рассеянные нейроны ретикулярной (сетчатой) фор­мации. Полость внутри продолговатого мозга — IV желудочек.

Функции продолговатого мозга:

1. Рефлекторная — обеспечивает рефлексы кашля, чиха­ния, пищеварительные, сосания, сердечно-сосудистые, ды­хательные, а также рефлексы равновесия.

2. Проводниковая — обеспечивает прохождение путей от спинного мозга в кору и обратно.

Средний мозг. На его нижней поверхности видны ножки мозга. Задняя часть называется четверохолмием. По функции верхние холмики — первичные центры зрения, а нижние — центры слуха.

На поперечном разрезе через средний мозг видно черное вещество. В толще среднего мозга находятся ядра 3-й и 4-й пары черепно-мозговых нервов. Полость среднего мозга (водо­провод) соединяет IV желудочек с III желудочком промежу точного мозга. Над черным веществом проходят чувствительные пути, в основании среднего мозга — двигательные пути от коры больших полушарий. В среднем мозгу находится красное ядро — скопление нервных клеток, обеспечивающих авто­матизированные движения (ходьба, бег, плавание и др.). Функции среднего мозга:

1.Средний мозг осуществляет двигательные рефлексы, в нем находятся первичные центры слуха и зрения.

2. Проводниковая функция поддерживает связь коры боль­ших полушарий со спинным мозгом.

Промежуточный мозг расположен между средним мозгом и корой больших полушарий. Состоит только из серого вещества, расположенного в виде ядер. В состав промежуточного мозга входят зрительный бугор, подбугорье, а также эпифиз — железа внутренней секреции. Полость промежуточного мозга — IIIже­лудочек, переходящий в боковые желудочки коры больших полу­шарий.

Его функции:

1. Зрительный бугор — центр всей чувствительности, кро­ме обонятельной.

2. Подбугорье — центр вегетативной нервной системы, регулятор всех обменных процессов в организме человека.

3. Эпифиз — железа внутренней секреции, ее гормон оп­ределяет пигментацию кожи в зависимости от освещенности.

Конечный мозг состоит из двух полушарий, соединенных между собой при помощи мозолистого тела. Каждое полуша­рие содержит серое и белое вещество. Ближе к основанию мозга лежат базальные ядра — скопление серого вещества (это двигательные центры). Другая часть серого вещества покры­вает белое вещество полушарий в виде коры, имеющей шесть слоев. Каждое из полушарий делится бороздами на доли — лобную, парные височные, парные теменные, затылочную. Кора имеет толщину от 1,3 до 1,4 мм и площадь 2200 см². Клетки коры — чувствительные, двигательные и вставочные. Полость конечного мозга — боковые желудочки.