Физиологические процессы. Кожа. Симпатическая нервная система

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................. 5 ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИОЛОГИИ ДЛЯ ИНЖЕНЕРИИ ................................... 5 ГЛАВА 1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ...................................... 7 1.1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ......................... 7 1.2. ФИЗИОЛОГИЯ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ......................... 13 ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА 17 2.1. СИСТЕМЫ И СТРОЕНИЕ ОРГАНИЗМА ....................................... 17 2.2. СКЕЛЕТ ЧЕЛОВЕКА ......................................................................... 18 2.3. МЫШЕЧНАЯ СИСТЕМА. ТРИ ТИПА МЫШЦ ............................. 25 2.4. КОЖА. ПРОИЗВОДНЫЕ КОЖИ: НОГТИ И ВОЛОСЯНОЙ ПОКРОВ. .................................................................................................... 27 ГЛАВА 3. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ............................... 31 3.1. МЕХАНИЗМ НЕРВНЫХ СТРУКТУР .............................................. 31 3.2. ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА (ЦНС) ............................. 33 3.3. ФИЗИОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭМОЦИЙ .............................. 42 3.4. ФИЗИОЛОГИЯ КОРЫ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ....................... 44 ГЛАВА 4. ФИЗИОЛОГИЯ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ..................................................................................................................... 51 4.1. СИМПАТИЧЕСКАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА .................................. 52 4.2. ПАРАСИМПАТИЧЕСКАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА........................ 54 4.3. ВЕГЕТАТИВНАЯ ИННЕРВАЦИЯ................................................... 55 4.4. ВЕГЕТАТИВНЫЕ РЕФЛЕКСЫ ........................................................ 58 4.5. РОЛЬ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ............................. 59 ГЛАВА 5. ВЫСШАЯ НЕРВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ............................. 61 5.1. ПСИХИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА .......................... 62 5.2. УСЛОВНО-РЕФЛЕКТОРНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ .......................... 67 5.3. ТОРМОЖЕНИЕ УСЛОВНЫХ И БЕЗУСЛОВНЫХ РЕФЛЕКСОВ70 5.4. ОСОБЕННОСТИ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ......... 71 5.5. ФИЗИОЛОГИЯ СНА, БОДРСТВОВАНИЯ И СНОВИДЕНИЯ ..... 76 5.6. НАРУШЕНИЕ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ .............. 79 ГЛАВА 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ (АНАЛИЗАТОРЫ) .................... 83 6.1.ФИЗИОЛОГИЯ АНАЛИЗАТОРОВ ................................................... 83 6.2. ФУНКЦИИ РЕЦЕПТОРОВ ............................................................... 87 6.3. ФИЗИОЛОГИЯ БОЛИ ....................................................................... 89 6.4. ЗРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР......................................................... 91 6.5. ОСОБЕННОСТИ ЗРЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА .......................................... 95 6.6. СЛУХОВОЙ АНАЛИЗАТОР .......................................................... 100 6.7. ФУНКЦИИ СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА ................................ 101 6.8. ВЕСТИБУЛЯРНЫЙ АНАЛИЗАТОР .............................................. 103 6.9. ДВИГАТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР ................................................ 106 6.10. ОБОНЯТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР .............................................. 107 6.11. ВКУСОВОЙ АНАЛИЗАТОР ......................................................... 108 6.12. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ АНАЛИЗАТОР ........................................... 110 6.13.ТАКТИЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР .................................................... 111 6.14. ВИСЦЕРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР .............................................. 112 ГЛАВА 7. ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ КРОВИ .................................. 115 7.1. ФИЗИОЛОГИЯ КРОВИ ................................................................... 116 7.2. СИСТЕМЫ СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ ........................................... 120 7.3. ПЕРЕЛИВАНИЕ И ГРУППА КРОВИ ............................................ 122 7.4. РЕГУЛЯЦИЯ СИСТЕМЫ КРОВИ ................................................ 127 ГЛАВА 8. ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ ............................. 129 8.1. ФУНКЦИИ СЕРДЦА ....................................................................... 129 8.2. АНАТОМИЯ СЕРДЦА И СОСУДОВ ............................................ 129 8.3. МЕХАНИЗМ КРОВООБРАЩЕНИЯ .............................................. 133 2 8.4. СЕРДЕЧНЫЙ ЦИКЛ ........................................................................ 135 8.5. АВТОМАТИЯ СЕРДЦА .................................................................. 136 8.6. ГЕМОДИНАМИКА СЕРДЦА ......................................................... 139 8.7. ЛИМФООБРАЩЕНИЕ И ИММУННАЯ СИСТЕМА ................... 141 8.8. РЕГУЛЯЦИЯ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ............................ 143 ГЛАВА 9. СИСТЕМА ДЫХАНИЯ ........................................................ 145 9.1. БРОНХИАЛЬНОЕ ДЕРЕВО. АНАТОМИЯ ЛЕГКИХ И ВОЗДУХОНОСНЫХ ПУТЕЙ ................................................................ 146 9.2. ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ ............................................................ 148 9.3. РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ ............................................................... 150 ГЛАВА 10. ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ................................. 153 10.1. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОРГАНОВ ПИЩЕВАРЕНИЯ ......... 154 10.2. ФИЗИОЛОГИЯ ПЕРЕВАРИВАНИЯ ............................................ 158 10.3. ЗНАЧЕНИЕ ПЕЧЕНИ И ЖЕЛЧИ В ПИЩЕВАРЕНИИ .............. 163 10.4. РЕГУЛЯЦИЯ СИСТЕМЫ ПИЩЕВАРЕНИЯ .............................. 165 ГЛАВА 11. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ...................................... 167 11.1. ОБМЕН БЕЛКОВ ............................................................................ 168 11.2. ОБМЕН ЖИРОВ ............................................................................. 170 11.3. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ ................................................................... 172 11.4. ОБМЕН ВОДЫ, МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И ВИТАМИНОВ ................................................................................................................... 174 11.5. ОБМЕН ЭНЕРГИИ ПРИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ .................................................................................... 176 ГЛАВА 12. ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА ............................................ 179 12.1. ГОРМОНАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ ................................................ 179 12.2. ГОРМОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ .................................................... 181 12.3. ГОРМОНЫ ЩИТОВИДНОЙ И ПАРАЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗ ................................................................................................................... 183 3 12.4. ГОРМОНЫ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ............................... 184 12.5. ГОРМОНЫ ПОЛОВЫХ ЖЕЛЕЗ, ВИЛОЧКОВОЙ ЖЕЛЕЗЫ И ЭПИФИЗА ................................................................................................ 186 12.6.ГОРМОНЫ КОРЫ НАДПОЧЕЧНИКОВ ...................................... 187 12.7. ВЛИЯНИЕ ГОРМОНОВ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ .................................................................................... 188 12.8. РЕГУЛЯЦИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ ..................................... 190 ГЛАВА 13. СИСТЕМА ВЫДЕЛЕНИЯ .................................................. 191 13.1. ФУНКЦИИ ПОЧЕК ........................................................................ 191 13.2. ФУНКЦИИ ЛЕГКИХ, ЖЕЛУДКА, КИШЕЧНИКА, СЛЮННЫХ И ПОТОВЫХ ЖЕЛЕЗ ............................................................................. 194 ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................... 197 4 ВВЕДЕНИЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИОЛОГИИ ДЛЯ ИНЖЕНЕРИИ В связи с тем, что инженер в своей повседневной профессиональной деятельности несет ответственность за безопасность отдельных участков производства, где трудятся люди, знания основ физиологии ему особенно необходимы. Здоровый человек – это профессионал, способный трудиться без рисков, учиться, совершенствовать свои знания и уметь сохранять свое здоровье. К сожалению, многие люди не знают о дополнительных физических и психических резервах здорового организма человека. Анатомия – наука, изучающая строение организма и его органов. Без основ знаний анатомии трудно понять процессы, происходящие в организме человека. Физиология – наука о жизненных функциях целостного организма, где взаимосвязаны морфологические и функциональные возможности органов и систем, 5 которые могут видоизменяться в зависимости от деятельности и среды обитания человека. Важное значение в изучении физиологических функций имеют познания о целостном организме и особенно центральной нервной системе (ЦНС), высшей нервной деятельности (ВНД), системе кровообращения, дыхания, пищеварения, сенсорной системе, обмене веществ и других системах организма. В настоящем и будущем забота о своем здоровье, его укреплении ложится на самого человека. Сам индивидуум выбирает образ жизни, сам отвечает за функциональное состояние своего организма, сам выбирает профилактические и реабилитационные меры для укрепления своего здоровья. Сам, но при условии знаний своего организма и обоснованных научно-практических рекомендаций, естественно, с обязательной консультативной помощью дипломированного специалиста врача. 6 ГЛАВА 1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 1.1. Основные физиологические процессы Физиологические процессы, происходящие в организме, являются как бы фундаментом для физиологических функций. Поэтому нормальное функционирование организма или отдельного органа связано с их структурой и морфофизиологическими особенностями. Если в структуре организма происходит какой-то сбой, нарушение, патологические изменения, это, как правило, ведет к расстройству функции. Любая ответная реакция организма на раздражение называется рефлексом. Рефлекс осуществляется и контролируется центральной нервной системой. Это процесс, когда нервный импульс от рецептора по чувствительным путям проходит в центральную нервную систему в определенный участок, так называемый центральный аппарат анализа. Переработанную в нем информацию импульс возвращает к исполнительному органу (эффектору), и 7 происходит ответная реакция – сокращение мышц после анализа центрального аппарата регуляции движений или выделение слюны при виде запаха вкусной пищи и т.д. Рефлекторная реакция осуществляется по кольцевому принципу и называется рефлекторной дугой. Рефлекторная дуга состоит из 5 частей: рецептор, чувствительные пути (нервный проводник), участок центральной нервной системы (анализатор или аппарат анализа), двигательный путь и рабочий орган (исполнительный прибор – эффектор). Любой раздражитель, таким образом, воспринимается рецептором и по чувствительным нейронам «устремляется» в ЦНС, где в определенном участке головного мозга кодируется, и ответная информация по двигательному пути идет к рабочему органу для выполнения той или иной «команды». Гомеостаз обеспечивается системой строгих координированных приспособительных механизмов, направленных механизмов, направленных на противодействие негативным факторам на организм, как из внешней, так и из 8 внутренней среды. Основная цель гомеостаза – поддерживать относительное постоянство внутренней среды и свойств организма. Гуморальная регуляция – регуляция жизнедеятельности органов и систем, осуществляемая биологически активными веществами, растворенными в жидкой среде организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость). Данная система находится под контролем нервной системы, составляя целостную нейрогуморальную регуляцию. Адаптация свойство организма, обеспечивающееся саморегулирующимися системами организма или приспособление с участием сердечно-сосудистой, дыхательной, системой выделения и другими системами. Они и дают возможность повышать жизнестойкость, устойчивость организма и формировать новые функциональные системы с приспособительным эффектом. Акклиматизация – приспособление человека к новым климатическим условиям. Это социальнобиологический процесс, чаще не зависящий от 9 приспособительных физиологических перестроений, а обусловленный созданием адекватных социально организованных мер труда и быта в зависимости от климатических факторов. Положительный эмоциональный фон повышается, если для человека создаются комфортные условия на рабочем месте. Процесс акклиматизации произойдет достаточно быстро, хотя не исключено, что здесь не последнее место занимают адаптационные физиологические механизмы организма. Стресс – это напряженное состояние организма после влияния на него различных воздействий и сопровождающееся перестройкой защитных сил организма. При воздействии на организм экстремальных факторов – физических (жара, холод, гипоксия, травмы и др.), психических (конфликтные ситуации, радость, опасность и др.) и комбинированных (взрыв на буровой установке в условиях Арктического шельфа, авиакатастрофа и приземление в тайге, плетение и др.) – в организме происходят различные биохимические и нейрогуморальные 10 реакции, ведущие к неспецифическим нарушениям определенных систем. Одновременно в организме происходит перестройка функций с адаптационным реагированием, что препятствует полному разрушению отдельных органов и систем. Гипоксия – состояние кислородного голодания как всего организма в целом, так и отдельных органов. Биологические ритмы, или ритмичность физиологических функций – это способность организма периодически усиливать или ослаблять свои биологические процессы под влиянием экзогенных и эндогенных факторов. Биоритмы человека различаются по частоте периодам. Наиболее популярной классификацией биоритмов считают классификацию, разработанную Ф. Халбергом. В ней он выделяет: 1. биоритмы высокой частоты с периодом менее 0,5 часа; 2. биоритмы средней частоты с длительностью от 0,5 до 20 часов. 3. биоритмы низкой частоты; циркавижинтанные (с 20-дневной длительностью), 11 циркатригинтальные (около 30 дней, что соответствует лунному месяцу) и цирканные (годичные). Биоритмы, как правило, заложены в генетической программе организма и являются регламентацией распорядка жизни человека. Необходимо учитывать, что люди неоднотипны по биоритмам. Существует 3 типа людей, чьи особенности психофизиологических реакций и колебаний, а значит и работоспособности, зависят от времени суток. «Жаворонки» - энергичны в первую половину дня (они рано ложатся спать и рано просыпаются), отсюда и повышенная работоспособность. «Совы» - наиболее активны вечером и в ночное время (поздно ложатся спать и поздно просыпаются). «Голуби» - индифферентный тип личности – смешанный. Им безразлично, когда ложиться и когда вставать, т.е. они независимы от времени суток. Отсюда - прямая ответственность при расстановке кадров при вахтовом методе труда 12 инженера, отвечающего за безопасность и охрану труда и здоровья подчиненных. 1.2. Физиология мышечной деятельности Двигательный акт человека осуществляется при возбуждении и сократительной деятельности скелетных мышц. При этом в мышечных волокнах, из которых состоит мышца, происходит физикохимические изменения специфических ферментов, белков (миозина, актина, тропомиозина и тропонина). Предварительно в ткань поступает информация «на действие» из ЦНС в виде нервных импульсов. Сокращение и расслабление мышц происходит за счет химической энергии, освобождающейся при расщеплении богатых энергией органических веществ с активным участием АТФ. Для восстановления затраченной АТФ, и энергии, нужны белки, жиры и углеводы, которые поступают с пищей в желудочно-кишечный тракт, расщепляются до глюкозы, поступают в кровь и лимфу. В результате биохимических превращений образуется АТФ, которая, находясь в клетках, 13 используется при сокращении мышц, участвуя в различных двигательных актах. После физической работы организму необходимо восполнить затраченную энергию путем приема пищи. Отсюда и большая потребность в белках, жирах, углеводах и питьевой воде у лиц, испытывающих большие физические нагрузки или пребывающих в экстремальных климатических условиях, особенно связанных с воздействием холода. Одним из условий расслабления мышц является понижение концентрации ионов Са2+ в области сократительных элементов мышечного волокна, после ресинтеза АТФ, ионы которого переходят в протоплазматические сети каналов. При аэробном окислении глюкозы и жирных кислот в процессе длительной работы (например, вынужденная рабочая поза при работе с ПЭВМ) в организме накапливаются недоокисленные продукты (молочная кислота) – создается кислородная задолженность. Включаются компенсаторные системы организма, но появляется одышка, повышается 14 артериальное давление, тахикардия и, как следствие, физиологическое утомление. У тренированных людей (спортсмены, космонавты, подводники, спасатели) мобилизуется резервные пути кровообращения и дыхания и наступает так называемое «второе дыхание» «своеобразный» физиологический прорыв сил, энергии и психологической мобилизации. У ослабленных людей происходят различные дисфункции в позвоночнике, суставах, вызывающие развитие различных заболеваний (остеохондроз, атеросклеротические изменения, болевые синдромы и др.). Работоспособность мышц определяется количеством выполненной работы и численно равна произведению массы перемещающего груза на высоту. При длительной физической нагрузке в зависимости от особенностей энергетического обеспечения (аэробное и анаэробное) и необходимого отдыха на восстановление постепенно в организме происходит снижение 15 работоспособности мышц, которое называется утомлением. При ритмической работе утомление наступает позднее, так как «своеобразная» пауза дает возможность частичному восстановлению. Чем больше нагрузка, тем скорее наступает утомление. Активный отдых, т.е. смена одной деятельности другой, является наиболее благоприятным фактором снятия утомления. 16 Глава 2. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА 2.1. Системы и строение организма В теле человека содержится более 35% из 105 известных науке химических элементов. Две трети веса составляет вода, молекулы которой состоят из атомов кислорода (65%) и водорода (9,5%), углерода 18,5%, азота 3,3%, кальция 1,5%, фосфора 1%, на остальные элементы (калий, натрий, железо, йод и др.) приходится чуть более 1,2%. Как и другие живые организмы, тело человека имеет клеточное строение. Внутренняя среда, ткани и органы Жизнедеятельность клеток тела обеспечивается внутренней средой, состоящей из 3 типов жидкости: тканевой (межклеточной), крови и лимфы. У тканевой жидкости 2 функции – обеспечение клеток питательными веществами и удаление продуктов распада, причем жизненные свойства клеток обеспечиваются за счет 17 постоянства внутренней среды организма, т.е. за счет гомеостаза. Существует четыре типа тканей: эпителиальная – она образует покровы тела, железы и выстилает полости внутренних органов; соединительная – костная, хрящевая – обеспечивает опору органов; мышечная – образует скелетные мышцы и мышцы внутренних органов; нервная – образует массу головного, спинного мозга и нервов. Группа тканей, выполняющих общую функцию, образует орган. Внутренние органы человека расположены в полостях тела: полость глазницы, носовая и ротовая полость, полость черепа, спинномозговая полость, грудная полость, диафрагма, брюшная полость и полость таза. 2.2. Скелет человека В скелете взрослого человека 206 костей, соединенных между собой подвижными, неподвижными или полуподвижными швами. Кости состоят из 50% воды, 12,4 % органических веществ, 15,7% жиров, 21,8% - хлористый натрий, известь, фосфора и др. В костях есть кровеносные 18 сосуды, нервы и лимфатические сосуды. Костный мозг – это кровеобразующий орган. Подвижные соединения костей называют суставами (бедренный, коленный, голеностопный и т.д.). Они соединены между собой связками и покрыты суставной сумкой, в которой находится суставная жидкость, выполняющая функции «смазки», питания и обеспечения скольжения сустава. Суставы бывают трех видов: фиксированные, синовиальные и хрящевые. К фиксированным соединениям относятся кости черепа, голени и предплечья. Синовиальные – это подвижные суставы (в суставной сумке которых находится синовиальная жидкость). К ним относятся плечевой, тазобедренный и коленный суставы. Хрящевые суставы, которые располагаются между основаниями позвоночного столба, не только крепкие, но и весьма пластичные и гибкие. По движениям суставы подразделяются на 3 вида:  вращательные (соединение черепа позвоночником, локтевой сустав); 19 с  блоковидные – работают на сгибаниеразгибание (локтевой, коленный и между фалангами пальцев)  шаровидные – обладающие относительной свободой движения (плечевой и тазобедренный). Кости скелета бывают длинные, работающие как рычаги, плоские – выполняющие защитную функцию, короткие и массивные – удерживающие массу тела. У скелета две основные части – осевой и конечный. Осевой скелет представлен центральной частью, куда входят скелет черепа, позвоночника и грудной клетки. Конечный – это скелет нижней конечности. Скелет головы состоит из 29 костей, которые образуют структуру в виде купола-камеры, защищающую мозг. Мозговая часть образована теменными, височными и непарными – лобной и затылочной – костями. Через отверстие височной кости (слуховой проход) проходят ветви от органа слуха в центральный анализатор слуха, а через 20 затылочную кость (большое затылочное отверстие) проходит позвоночный канал. Черепно-мозговые нервы и многочисленные кровеносные сосуды пронизывают основания черепа через специальные отверстия. Лицевой отдел состоит из 14 костей (глазная, носовая, верхнечелюстная и скуловая – парная – и нижнечелюстная). Нижнечелюстная наиболее крепкая, сильная кость обладает высокой подвижностью (вверх-вниз, из стороны в сторону). В ячейках нижней и верхнечелюстной кости расположены корни зубов. Они определяют форму лица и челюсти. Кроме этого, шесть самых маленьких косточек находятся во внутреннем ухе и одна у основания языка. Позвоночник, или позвоночный столб, состоит из 33-34 позвонков, образуя S-образный изгиб, помогающий поддерживать вес тела в вертикальном положении, и смягчает точки. Различают анатомические изгибы позвоночного столба: кифоз – изгиб выпуклой стороной назад (грудной и крестцовый), и лордоз – 21 переднезадний, выпуклостью вперед (шейный и поясничный). Позвоночный столб имеет 4 отдела – шейный (состоящий из 7 позвонков, поддерживающих голову, и создающий дополнительную опору для плеч и рук), грудной (12 позвонков, поддерживающих верхнюю часть спины), поясничный (5 позвонков, обеспечивающих поддержание нижней части спины), крестцовый (состоит из 5 слившихся позвонков, поддерживающих весь верхний вес) и копчиковый отдел, - входящий в структуру крестцового, - представлен 4 или 5 сросшимися позвонками, так называемой «хвостатой» частью. Каждый позвонок имеет тело и отростки. Упругая хрящевая ткань между ними обеспечивает гибкость позвоночника. Внутри позвонка в позвоночном канале расположен спинной мозг. Длина позвоночного столба у мужчин в среднем составляет 70-73 см (40% от роста), у женщин – 35% от роста. Грудная клетка образована 12 парами ребер, отходящих от грудных позвонков, соединенных с 22 грудиной. Данное сочленение защищает легкие, сердце, приподнимая грудную клетку при вдохе и опуская ее при выдохе. Плечевой пояс образуют ключицы и лопатки. К нему прикреплен скелет верхней конечности, состоящий из костей плеча, предплечья и кисти. Предплечье состоит из 2 костей – лучевой и локтевой. Далее идут кости запястья, пястья и фаланги пальцев. Все кости соединены неподвижно, обеспечивая передвижение и образуя систему рычагов. Основу кисти составляют 27 костей (кости фаланги большого пальца и остальных 4 пальцев – их 14, кости пястья, образующие ладонь руки – 5 и кости запястья – их 8). Самый подвижный – большой палец, на него ложатся основные функции. Он сильнее, в сравнении с другими пальцами кисти. Скелет нижней конечности образуют две подвздошные и две тазовые кости, которые прочно сращены с крестцом. Они образуют таз или пояс нижней конечности. Во впадину тазовой кости входит головка бедренной кости. 23 Ниже коленного сустава находятся большая и малая берцовые кости. Далее кости предплюсны, плюсны и фаланги пальцев. Кости стопы, состоящие из 26 костей, выполняют главную для человека функцию – поддержание тела в вертикальном положении и ходьбе. Помощь в этом оказывают 33 сустава стопы и более 100 связок. Своды стопы (продольный и поперечный) обеспечивают стопе упругость и амортизацию. Кости конечностей постоянно испытывают нагрузки. В отличие от животных, человек ходит не на четырех, а на двух ногах. Это значит, что кости ног и суставы – тазобедренный, коленный и голеностопный – должны удерживать человека в вертикальном положении. Поэтому бедренная кость оказывается самой крупной и прочной костью тела. Эта кость вместе с прикрепленными к ней мышцами располагается так, что толчки при ходьбе, беге и прыжках направлены вдоль ее длиной оси. Прямохождение высвободила нашим предкам руки для всевозможных действий. Но чтобы плечевая кость свободно двигалась в разных направлениях, мышцы. Соединяющие ее с 24 плечевым суставом, располагаются так, что она легко может менять свое положение. 2.3. Мышечная система. Три типа мышц Мышцы обеспечивают движение человека, поддерживают внутренние органы, определяют форму и общий вид, удерживают тело в вертикальном положении. Мышцы состоят из пучков поперечнополосатых мышечных волокон, покрыты соединительной тканью и прикрепляются к кости с помощью сухожилий. Каждая мышца снабжена кровеносными сосудами и нервами. У человека более 600 мышц, которые составляют около 40% веса тела. Существует три типа мышц – скелетные, гладкие и сердечные. Скелетные (поперечнополосатые) мышцы – состоят из волокон, собранных в пучки. Внутри этих пучков проходят белковые нити, и благодаря физикохимическим процессам мышцы способны к сокращениям. Гладкие мышцы образуют стенки внутренних органов (кишечник, желудок, кровеносные сосуды, 25 мочевой пузырь). Они работают автоматически, и сокращение их медленное. Сердечная мышца образует стенки сердца. Она также как и скелетная, состоит из переплетающихся волокон. Благодаря данной специфической особенности она быстро сокращается. Сердечная мышца сокращается автоматически, без участия сознания. Клетки всех трех типов мышц имеют цилиндрическую форму и обладают уникальной способностью к сокращению. Функции мышц человека разнообразны. Они защищают органы, удерживают тело в вертикальном положении, снабжают кровью (с помощью сосудов) и питательными веществами мышечные волокна и суставы, «выводят» продукты расщепления, сохраняют образовавшееся тепло и т.д. Основные функции мышц: челюстная – жевания, трапецевидная поддержка головы сзади, дельтовидная – подъем руки, трехглавая (трицепс) – сгибание руки, двухглавая (бицепс) – 26 сгибание руки, мышцы спины – поддержка спины, межреберные мышцы – движение ребер (акт вдоха и выдоха), ягодичная – движение при подъеме, бедренная – выпрямление ноги, икроножная – движение при ходьбе. В любом движении принимают участие группы противоположно действующих (антагонисты) мышц сгибателей и разгибателей. Например, при сгибании в суставе мышцысгибатели находятся в сокращенном состоянии, а разгибатели в расслабленном. Данная согласованность – это чередование физиологических процессов возбуждения и торможения, происходящих в спинном мозге, хотя мышцы могут одновременно быть и в расслабленном состоянии (в покое), ли при удержании на весу предмета рукой, когда и сгибатели, и разгибатели находятся в стадии сокращения. 2.4. Кожа. Производные кожи: ногти и волосяной покров. Кожа – самый крупный орган человека. Площадь поверхности, которую она покрывает, 27 составляет у взрослого человека около 2,5 м2, а весит его кожа примерно 4 кг. Наружный (поверхностный) слой кожи – эпидермис, внутренний – собственно кожа, под которой находится соединительная ткань. В эпидермисе постоянно образуются новые клетки кожи и коричневый пигмент – меланин. Он же и определяет цвет кожи и волос. В отмирающих клетках эпидермиса находится рогоподобный белок – кератин, который образует ногти и волосы. Во внутреннем слое кожи содержатся эластичные волокна, способствующие растяжению кожи. Там же находятся многочисленные кровеносные сосуды, нервные окончания, потовые железы и волосяные луковицы, из которых вырастают собственно волосы. Каждый волосок «имеет» собственную мышцу, участвующую в поднимании волоска, и сальную железу, увлажняющую кожу. В состав подкожного слоя входит соединительная ткань, жировые субстраты и кровеносные сосуды. Основные функции кожи – создание водонепроницаемого барьера, защита от потери 28 жидкости, проникновения бактерий и вредных солнечных лучей. Кожа за счет нервных окончаний весьма чувствительна к климатическим и физическим изменениям (тепло, холод, боль и давление), а за счет кровеносных сосудов и потовых желез – поддерживает температуру тела. Волосы формируются в утробном развитии поэтапно. Происходит утолщение эпидермиса, затем клетки образуют зачатки волоса. Размножающие клетки этих зачатков образуют волос, в котором накапливается кератин, а другие клетки зачатка образуют волосяную луковицу и сальную железу. По мере роста и развития всего скелета и органов при рождении и в процессе онтогенеза происходят физиологические явления, связанные с нормальным ростом волос на коже. Форма волосяных фолликулов определяет вид волос. Из фолликулов с круглым отверстием растут прямые волосы, с овальным – волнистые, а с плоским – кудрявые. Кожа не просто служит покровом нашего тела. Она еще и производит структуры, усиливающие ее защитную и изолирующую 29 функции, - волосы и ногти, которые состоят из белка кератина. Этот плотный фибриллярный белок обладает высокой прочностью на растяжение и на разрыв, что делает его идеальным строительным материалом для тех частей тела, которые подвергаются трению и другим механическим воздействиям. Ногти защищают чувствительные кончики пальцев. Ноготь растет из своего корня, скрытого под складкой кожи. Свободный край ногтя – это мертвая ткань, поэтому ему не страшны всевозможные порезы и разрывы. 30 Глава 3. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 3.1. Механизм нервных структур Структурной единицей нервной системы является нервная ткань. Нервная ткань состоит из нейронов и мелких клеток-спутников. Клеткиспутники, окружающие нейроны выполняют питательную, опорную и защитную функции. Нейроны состоят из тела и отростков. Отростки нейронов имеют разную длину. Аксоны – это длинные отростки, по которым импульс передается от тела клетки к центру. Дендриты – это короткие отростки, несущие информацию к телу нервной клетки. Передача возбуждения в организме осуществляется посредством синапсов. Синапсы – это своеобразные структуры, в которых происходит химическая или электрическая передача нервных импульсов. Нейроны по функциям бывают:  чувствительные, передающие импульсы от органов чувств (нервные окончания в носовой 31 полости, ушах, глазах, коже и т.д.) в спинной и головной мозг;  двигательные, передающие сигналы от спинного и головного мозга к мышцам и внутренним органам. Совокупность нейронов, выполняющих определенные физиологические функции, образует нервный центр. Способность возбудимых тканей реагировать на раздражитель с определенной частотой и скоростью процесса возбуждения в различных тканях и органах называется лабильностью, или функциональной подвижностью. Лабильность измеряется максимальным числом циклов возбуждения, которые воспроизводятся тканью за секунду, без изменения ритма раздражения. Поврежденный участок нерва снижает лабильность, и это свойство называется парабиоз (по Н.Е. Введенскому). Парабиоз в нервных центрах можно рассматривать не только как физическое повреждение нерва, но и как результат источающего действия раздражителя с 32 патологическими изменениями в нервной системе человека. 3.2. Центральная нервная система (ЦНС) ЦНС является основной частью нервной системы. Она состоит из головного и спинного мозга, а миллиарды нейронов мозга осуществляют и контролируют сознательную деятельность (эмоции, мысли, движение) и бессознательные действия. Все нервы и нейроны относятся к периферическому отделу. Часть нервной системы, которая регулирует сокращение и управление движением скелетных мышц, называется соматической, а система, отвечающая за регуляцию внутренних органов (сердце, легкие, желудок и т.д.), называется автономной. Деятельность автономной нервной системы не подчиняется воле человека. Автономная нервная система подразделяется на симпатическую и парасимпатическую. Большинство внутренних органов «подчинены» этим системам. Главной функцией центральной нервной системы является осуществление рефлексов. 33 Спинной мозг – это часть сложной системы регуляции двигательной и вегетативной активности. Через многочисленные вставочные нейроны осуществляется синтез нервных импульсов, идущих как с периферических отделов, так и из отделов центральной нервной системы. Спинной мозг расположен по всей длине позвоночного столба в костном канале. Длина спинного мозга составляет примерно 46 см. Он расположен в шейном, грудном, поясничном и крестцовом отделах позвоночника. В центре спинного мозга в узком канале находится спинномозговая жидкость. На передней и задней поверхности имеются продольные борозды, разделяющие его на правую и левую половины. В центральной части спинного мозга находится серое вещество, состоящее из вставочных и двигательных нейронов. Белое вещество образованно длинными отростками нейронов, окутывающих серое вещество по всей длине мозга. Длинные отростки белого вещества направляются вверх или вниз, образуя восходящие и нисходящие проводящие пути. От спинного мозга 34 к разным частям тела отходит 31 пара нервов, из которых берут начало два корешка: передний и задний. Задние корешки – аксоны чувствительных нейронов, передние – аксоны двигательных нейронов. Вместе с нервами, отходящими от головного мозга, они образуют периферическую нервную систему. Функции спинного мозга: рефлекторная и проводниковая. Рефлекторная функция обеспечивает двигательную активность человека. Проводниковая функция спинного мозга обеспечивает связь и согласование работы всех отделов ЦНС по восходящим и нисходящим путям. Главным регулятором работы спинного мозга является головной мозг. Головной мозг находится в полости черепа. Он состоит из 2 полушарий, мозжечка, продолговатого мозга, моста, среднего мозга, промежуточного мозга. Поверхность больших полушарий образована серым веществом – корой, - а также белым веществом, где расположены подкорковые ядра. Поверхность головного 35 складчатая и покрыта глубокими извилинами и бороздами. В коре больших полушарий находится более 14 млрд нейронов. В разных участках коры находятся различные чувствительные и двигательные зоны, которые выполняют определенные функции. Импульсы из органов чувств, кожи, внутренних органов, мышц и сухожилий, поступая в чувствительные зоны, возбуждают нейроны – и возникают ощущения. После того как в чувствительную зону коры больших полушарий поступила информация, происходит ее переработка, затем к органу поступает обратный импульс «на действие». Например, зрительная зона находится в коре затылочной доли, в височной - слуховая зона, в коре за центральной бороздой – зона кожномышечной чувствительности и т.д. Двигательная зона коры располагается перед центральной бороздой. При возбуждении нейронов этой зоны происходит контроль всех произвольных движений человека. Функции отделов головного мозга. Кора головного мозга функционирует в организме как 36 единое целое, являясь контролером и координатором функций систем организма, включая психическую деятельность человека. Причем каждый из отделов головного мозга выполняет свои функции и ответственен за определенный отдел в сложной системе организма. Продолговатый мозг представляет собой пучок нервных ядер и волокон. Он соединяет спинной мозг с большими полушариями и мозжечком. Продолговатый мозг контролирует регуляцию дыхания, сердечно-сосудистую и пищеварительную системы, отвечает за потоотделение, регулирует рефлексы сосания, глотания, рвоты, чихания, кашля и мигания. Данные рефлексы – это ответ на раздражение афферентных волокон языкоглоточного, слухового, вестибулярного, тройничного и блуждающего нервов. Мозжечок – это второй по размерам отдел головного мозга, расположенный непосредственно над продолговатым мозгом. Поверхность его образована корой, а в белом веществе находятся 37 ядра, куда поступает многочисленная информация от проприорецепторов (скелетные мышцы, связки, сухожилия, суставные сумки) двигательного аппарата. Функции мозжечка. Мозжечок отвечает за сложные двигательные акты и произвольные действия (равновесие и координацию движений). Нарушение структуры мозжечка приводит к расстройству движений, ориентировки в пространстве, потере тонуса мышц. Кроме этого отмечается повышенная утомляемость (астения) и падение мышечного тонуса (атония). Средний мозг – это подкорковый регулятор мышечного тонуса, слуховых ориентировочных рефлексов и сложных двигательных рефлекторных актов. Участие среднего и продолговатого мозга влияет на позы человека, выпрямительные и лифтные рефлексы и рефлекторные движения при вращении головы, когда глазные яблоки отвечают реакцией (нистагм). Промежуточный мозг – состоит из таламической области и гипоталамуса. Он расположен между средним и конечным мозгом, 38 опоясывая III желудочек мозга. Таламическая область объединяется таламусом, коленчатым телом и эпифизом (шишковидное тело). Таламус – зрительный бугор, представленный парным ядерным центром, - является коллектором афферентных путей, идущих к коре больших полушарий. Многочисленные ядра выполняют разноплановые многочисленные функции, такие как обонятельная и висцеральная рецепция подкоркового болевого центра, где формируется ощущение боли. Разрушение неспецифических ядер не вызывает патологических расстройств эмоций, сна и бодрствования, образования условных рефлексов. Нарушается их тонкая дифференцированная регулировка в поведенческих реакциях. Гипоталамус является многофункциональной системой с регулирующим и интегрирующим влиянием и считается одним из важнейших образований мозга. Гипоталамус не больше фасолины. В нем насчитывается до 48 парных ядер, подразделяющихся на передние (центр парасимпатической регуляции), средние и задние 39 (симпатическое влияние). Гипоталамус имеет обширные связи со всеми отделами ЦНС и с железами внутренней секреции за счет важнейшего физиологического треугольника (гипоталамус-гипофиз-надпочечники), являясь, таким образом, высшим подкорковым регулятором обмена веществ (эндокринная система), температуры тела, кровяного давления, работы сердца, цикла «бодрствование – сон», т.е. биоритмов. Гипоталамус оказывает влияние на биологические потребности пищевого, полового и агрессивно-оборонительного поведения. Базальные ганглии включают три парных образования: бледные шар, полосатое тело с хвостатым ядром и ограду. Они расположены в основании больших полушарий. Базальные ганглии, являясь промежуточным звеном, связывают ассоциативную и сенсорную кору с двигательной корой. Они выполняют функцию организации моторной активности организма, связанной с обучением, а также осуществляют контроль за параметрами движения – силой, амплитудой, скоростью и направлением. 40 Гипофиз – как и гипоталамус находится в глубине головного мозга. Совместно с гипоталамусом вырабатывают восемь гормонов. Гипофиз состоит из двух долей – задней (нейрогипофиз) и более крупной передней (аденогипофиз). Лимбическая система мозга представлена: древней корой (обонятельная луковица, бугор и другие образования), старой корой (зубчатая и поясная извилина) и подкорковыми ядрами (миндалина, ядра перегородки, а также частью ядер таламуса, гипоталамуса и средний мозг). Функции лимбической системы – обеспечение приспособительных реакций организма к среде обитания; при этом обязательное условие – сохранение внутренней среды (гомеостаз) на определенном уровне. Данная система участвует в регуляции вегетативных и висцеральных функций, являясь «висцеральным мозгом», обеспечивает процессы запоминания и долговременной памяти. Кроме того, она отвечает за формирование эмоций, но ключевую роль при этом играет гипоталамус. 41 Ретикулярная формация это специфическая система нервных клеток с густо переплетенными отростками (нервными волокнами – ретикулами), расположенная на протяжении продолговатого, среднего и промежуточного мозга, с охватом верхних отделов таламуса. Основными функциями являются: формирование половой, пищевой и других поведенческих реакций человека. Участвует в передаче потоков импульсов по восходящим и нисходящим путям, охватывая таламус и гипоталамус, лимбическую систему и подкорковые ядра. Ретикулярная формация тесно взаимосвязана с корой полушарий большого мозга, являясь интегратором специфических подкорковых структур мозга. 3.3. Физиология формирования эмоций Эмоции – это психофизиологическое состояние организма, выраженное реакцией возбуждения с субъективной окраской. Это специфические чувства, переживания человека в ответ на внутренние и внешние раздражители. 42 Для эмоционального напряжения необходима мобилизационная активность, готовность к действию, т.е. к проявлению чувств. И если эта активность недостаточна для завершения цели, вспыхивают стенические эмоции: ярость, негодование, гнев. Для астенических эмоций (внутренний страх, тоска, ужас) характерно высокое напряжение, но результат, как правило, не достигнут. Смена напряженного состояния сменяется физической и психической депрессией, которая может развиться до невроза. Но известны случаи, когда отрицательные последствия вызываются чрезмерными положительными эмоциями. Степень проявления эмоций у человека контролируется корой больших полушарий мозга, а вегетативные сдвиги регулируются на уровне лимбического мозга и гипоталамуса. Удовлетворение пищевой, сексуальной и других потребностей организма связано с положительными эмоциями, а при неудовлетворенной потребности проявляются отрицательные эмоции. 43 По П.К. Анохину – эмоции служат мерой удовлетворения потребности или полезности результата. Положительные эмоции, доставляющие радость, удовлетворение, служат своеобразным дополнительным стимулятором для больного человека. Если у больного, ждущего от приема дорогостоящих лекарств быстрого улучшения самочувствия, это не происходит – у него резко проявляются отрицательные эмоции, которые не являются стимулятором иммунной системы организма. Поведенческие реакции определяют наличие потребностей и возможностей к их реальному удовлетворению (по информационной теории П.В. Симонова). Волевой контроль может выбрать из множества конкурирующих потребностей (огромного желания иметь что-то) наиважнейшую и определить стратегию поведения, которая приведет к достижению результата. 3.4. Физиология коры больших полушарий Кора большого мозга – это древнее образование, представляющее многослойную нейронную ткань. Она делится на древнюю, 44 старую и новую кору. Новая кора составляет 96% общей площади и только около 5% приходится на долю древней и старой коры. На новую кору как высший отдел соматической нервной системы приходится регуляция произвольных действий, осмысливание восприятия мира, т.е. она осознается человеком. В коре выделяют 6 слоев, состоящих из пирамидных, веретеновидных и звездчатых клеток: 1.Молекулярный слой слагается из густого сплетения нервных волокон, лежащих параллельно поверхности корковых извилин; 2.Наружный зернистый слой состоит из большого числа звездчатых клеток; 3. Наружный пирамидный слой состоит из пирамидных клеток средней величины; 4. Внутренний зернистый слой содержит много звездчатых клеток; 5. Внутренний пирамидный слой образован крупными пирамидными клетками; 6. Мультиформный слой – слой веретеновидных клеток, переходящий 45 непосредственно в белое вещество больших полушарий. Немецкий ученый К. Бродман разделил по плотности расположения и форме нейронов, кору на 52 поля и 11 областей, выполняющих различные функции. Разрушение коры приводит к последствиям, не совместимым с жизнью. Функции коры обеспечиваются вертикальной связью корковых клеток с периферическими отделами сенсорных систем и горизонтальными связями со всеми областями коры, включая локализованные участки высших центров. Наиболее значимой является ассоциативная зона, куда поступает информация от рецепторов, воспринимающих сигналы различной модальности от всех проекционных зон коры. Она-то и дает сознательную информацию к действию. Каждая область коры имеет свой участок, где локализуется, интегрируется и перерабатывается информация от периферийных отделов всего организма человека. Наиболее важными из них являются сенсорные и моторные зоны. 46 Сенсорные функции. Импульсы от рецепторов, за исключением обонятельного, через таламус поступают в кору. Центральные проекции соматической и висцеральной чувствительности расположены в первой и второй соматосенсорных зонах. Первая расположена в задней извилине и принимает импульсы от двигательного аппарата, кожных и висцеральных рецепторов. Вторая соматосенсорная зона находится под роландовой бороздой, и она принимает импульсы от проприорецепторов мышц и внутренних органов. Центральная область зрительной рецепции находится в затылочной области коры. Разрушение данных полей приводит к корковой слепоте и потере зрительной памяти. Слуховая область коры локализуется в височном отделе мозга. Нарушение этих полей – корковая глухота. Вкусовая рецепция находится в передней части грушевидной извилины. Любые изменения целостности сенсорных зон ведут к потере чувствительности, изменениям 47 психофизиологических качеств личности, влечений и нарушениям оценки самой жизни. Моторные зоны коры находятся в центральной извилине. Различная двигательная активность обеспечивается и контролируется за счет связей двигательной зоны с центральными проекциями всех сенсорных систем. Нарушение передней центральной извилины ведет к параличам и парезам. Различные нарушения или изменения функций коры головного мозга регистрируются с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), где с помощью биоэлектрических потенциалов определяют уровень физиологической активности. При изменении медленных электрических потенциалов диагностируют выраженность эмоций (по Н.П. Бехтеревой) или возможности физической готовности спортсменов при выполнении ими максимальной и субмаксимальной нагрузки. Появление определенных волн (их различают по 4 типам ритмов) при исследовании биопотенциалов головного мозга указывают на необходимость 48 изменений в режиме тренировок у спортсменов (Е.Г. Сологуб). Ассиметрия полушарий головного мозга – это одно из значимых открытий конца 50-х годов в физиологии. В головном мозгу происходит разделение функций между полушариями. Это генетически обусловленный биологический процесс. Например, правое полушарие не обладает способностью к словесному обобщению, а при разрушении левой половины меняется содержание понятий «настоящее» и «будущее». При нарушении целостности правой половины мозга возникают расстройства чувственной и эмоциональной сфер. Постоянный обмен информацией между полушариями ведет к корректировке абстрактных схем восприятия. Причем каждое полушарие наделено определенными качественными понятиями через отражение действительности. Асиметрия головного мозга выражается в преимущественном участии левой или правой половины мозга в более качественном анализе внешних раздражителей и 49 возможности выбора стратегии к действию при различных жизненных ситуациях – в спорте, профессиональной деятельности, где требуется участие, например левой и правой руки, в выполнении какой-то работы одинаково качественно и точно. Главное, что в процессе тренировки, обучения профессиональным навыкам за счет ассиметрии, можно как бы уравновесить функции – «научить» правшей выполнять такую же работу левой рукой, т.е. одно полушарие может выполнять и контролировать работу другого полушария, взяв на себя определенные функции. 50 Глава 4. ФИЗИОЛОГИЯ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ Вегетативная (автономная) нервная система (ВНС) представлена в организме человека совокупностью нейронов спинного и головного мозга. Это часть нервной системы, которая обеспечивает регуляцию внутренних органов, кожи, гладкой мышечной ткани, эндокринных желез и сердечно-сосудистой системы. Между автономной и соматической частями нервной системы существует анатомическая и функциональная связь, так как в составе черепных и спинномозговых нервов проходят проводники вегетативной нервной системы (нервы). В ВНС имеются центральный и периферический отделы. Первый представлен клетками и волокнами, находящимися в головном и спинном мозге, а периферический – все остальные ее образования. Морфологической единицей ВНС, как и соматической нервной системы, является нейрон, а основной функциональной единицей является рефлекторная дуга. 51 Основная функция ВНС – поддержание постоянства внутренней среды и участие в приспособительных реакциях организма к изменяющимся условиям среды обитания. Влияние ВНС на деятельность организма происходит без участия сознания и при полном нарушении связи с ЦНС. В вегетативной нервной системе выделяют два отдела симпатический и парасимпатический. Основное различие их заключается в функциональной иннервации, т.е. способе возбуждения и специфического воздействия на вегетативную нервную систему. Если симпатическая часть возбуждается выбросом адреналина (гормон, вырабатываемый надпочечниками), то парасимпатическая преимущественно функционирует за счет влияния ацетилхолина (моноамин). Тормозящее влияние оказывает на симпатическую часть эрготамин, а на парасимпатическую – атропин. 4.1. Симпатическая нервная система Симпатическая нервная система отвечает за регуляцию деятельности внутренних органов и 52 скелетных мышц. Все симпатические нервы расположены в боковых рогах, сегментах (С8-L2 – так называемый центр Якобсона) и иннервирует все органы и ткани организма, включая ЦНС и сенсорные рецепторы. Симпатический ствол располагается вдоль боковой поверхности позвоночника, где сосредоточены 24 пары симпатических узлов: 3 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 4 крестцовых. Вокруг узлов формируются симпатические сплетения, которые иннервируют близлежащие органы. В симпатическом нервном стволе находятся серотонинергические нервные волокна, которые влияют на моторику желудочно-кишечного тракта, а также симпатические ганглии и их клетки, расположенные в мозговом слое надпочечников. Они активируют деятельность организма, мобилизуя его защитные силы. Этот процесс обеспечивается при взаимодействии катехоламинов (находящихся в надпочечниках), состоящих из адреналина и норадреналина и возбужденного симпатического волокна. Активация организма начинается при каком-то 53 возбуждении или переживаниях человека. Медиатором, с помощью которого начинает функционировать симпатическая нервная система, является адреналин. Сам процесс выброса адреналина в кровь важен как приспособительная реакция и мобилизация внутренней энергии человека при больших физических и эмоциональных напряжениях. Симпатоадреналиновая система, таким образом, активирует деятельность всего организма, повышая его адаптационные механизмы – за счет выброса крови из кровяных депо, насыщения ее глюкозой, ферментами, усиливает метаболизм тканей. 4.2. Парасимпатическая нервная система Парасимпатическая нервная система представлена в виде нервных волокон в черепномозговых нервах III (глазодвигательный), VII (лицевой), IX (языкоглоточный) и X (блуждающий) и в сакральном отделе (S2-S5), иннервирующие нисходящие отделы ободочной кишки и тазовых органов – прямую кишку, мочевой пузырь, половые органы). 54 Парасимпатические ганглии и нейроны, расположенные внутри органов, в тазовой области и в голове за счет коротких парасимпатических волокон иннервируют слизистые оболочки носа, неба, слезную, подчелюстную, подъязычную и околоушную железы. А также – дыхательные органы, большую часть пищеварительного тракта, сердце, печень, поджелудочную железу, почки и тазовые органы. Парасимпатическая иннервация не участвует в регуляции скелетных мышц, матки, мозга, большинства кровеносных сосудов кожи, органов брюшной полости и мышц, органов чувств и мозгового вещества надпочечников. Вся передача возбуждения с преганглионарного парасимпатического волокна на эффекторный нейрон осуществляется с помощью ацетилхолина, как и частично у симпатического отдела вегетативной нервной системы. 4.3. Вегетативная иннервация Особенность вегетативной иннервации заключается в деятельном влиянии той или иной 55 системы на организм человека. Парасимпатическая система как наиболее древняя создает устойчивость органов и отвечает за гомеостаз, а симпатическая влияет на функционирование органов в зависимости от потребностей в период их деятельности (физические нагрузки, умственная работа и т.д.). Обе системы взаимодействуют друг с другом, но если преобладает тонус одной над другой, наступают различные состояния, вызывающие специфические психофизиологические реакции организма. При преобладании, например, тонуса парасимпатической части развивается ваготония, характерная для спокойного сна. Но при значительном нарушении ее деятельности могут развиваться ваготонические кризы (бронхиальная астма, отек Квинке, морская болезнь, вазомоторный ринит и др.). Если преобладает симпатическая часть вегетативной иннервации, наступает симпатикотония, которая проявляется аффективным состоянием в виде страха, гнева и другими проявлениями. 56 Клинические же проявления, связанные с нарушением данной иннервации, характеризуются симпатотоническими спазмами сосудов, гипертоническими и сердечно-сосудистыми кризами. В таблице 1. представлены данные дифференцированного влияния вегетативной системы на функции внутренних органов. Таблица 1. Влияние вегетативной нервной системы на функции внутренних органов Орган Глаз Сердце Сосуды сердца Прочие сосуды Железы эндокринные Бронхи Симпатическая система Расширение зрачка (мидриас) и глазной щели, экзофтальм Тахикардия, повышение артериального давления, увеличение МОС Расширение Сужение Уменьшение выделения густого секрета Расширение бронхов и уменьшение 57 Парасимпатическая система Сужение зрачка (миоз) и глазной щели, энофтальм Брадикардия, снижение артериального давления, уменьшение МОС Сужение Расширение Повышение выделения густого секрета Сужение бронхов и усиление выделения Гладкие мышцы Почки Половые органы Кровь Обмен веществ Гормоны Скелетные мышцы выделения слизи Снижение моторики и повышения тонуса сфинктеров Снижение диуреза Эякуляция Повышение свертываемости Катаболизм Повышение выделения Повышение двигательной активности слизи Повышение моторики, снижение тонуса сфинктеров Повышение диуреза Эрекция Снижение свертываемости Анаболизм Снижения выделения Снижение двигательной активности 4.4. Вегетативные рефлексы Влияние вегетативной нервной системы осуществляется в организме по рефлекторному принципу. Вегетативные рефлексы, обеспечивающие взаимодействие внутренних органов между собой, носят названия истинных. Они находятся в связи с соматическими системами и при определенных жизненных ситуациях взаимодействуя «спасают» организм от патологических последствий. Например, при повышении давления в самом крупном сосуде, аорте, увеличивается 58 кровенаполнение в селезенке, являющейся в организме человека депонирующим органом. За счет этого давление падает. Тем самым вегетативный рефлекс оказал помощь внутреннему кровообращению. Истинные вегетативные рефлексы подразделяют на висцерокутанные, кожно-висцеральные и моторно-висцеральные. 4.5. Роль центральной нервной системы Между центрами парасимпатической и симпатической систем происходит сложное взаимодействие. При этом они располагаются на всех уровнях нервной системы, т.е. в различных отделах позвоночного столба и головного мозга. Парасимпатические и симпатические начала, расположенные в ядрах гипоталамуса, способствуют иннервации всех физиологических функций организма. Гипоталамус осуществляет поддержание нормального функционирования сердечнососудистой и дыхательной систем, эндокринного и пищеварительного аппарата, а также психической деятельности, а именно целостности 59 поведенческих реакций человека. Подкорковые ядра таламуса влияют на поддержание артериального давления и тонуса капиллярных сосудов, а также на процессы терморегуляции, моторику кишечника и сфинктера мочевого пузыря. Таким образом, взаимодействие вегетативной нервной и центральной системы в функционировании организма полностью соответствует и доказывает жизнеобеспечение всех систем. При этом все вегетативные функции контролируются полушариями головного мозга и его высшим отделом – корой полушарий головного мозга. 60 Глава 5. ВЫСШАЯ НЕРВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Высшая нервная деятельность (ВНД) – нейрофизиологическая основа, обеспечивающая все механизмы поведенческих реакций и психических функций. Основы учения о высшей нервной деятельности заложены в работах И.М. Сеченова и И.П. Павлова. Можно рассматривать ВНД как функцию ЦНС, которая на основании образования, взаимодействия и торможения различных условных рефлексов обеспечивает широкую и тонкую взаимосвязь организма с внешней средой в различных ситуациях. В монографии И.И. Сеченова «Рефлексы головного мозга» утверждается, что психическая деятельность человека стоит на рефлекторных принципах работы нервной системы. Рефлексы головного мозга включают три звена. Начальное (первое) звено – возбуждение в органах чувств, вызванное внешним воздействием, второе, центральное звено, - это процесс возбуждения и торможения в головном мозгу. На данном этапе и возникают психические явления, такие как 61 ощущения, представления, чувства и др. Третье звено обусловлено действиями и движением человека включая его поведение. Все звенья взаимосвязаны и обусловливают действия друг друга. Развитие учения И.М. Сеченова продолжил академик И.П. Павлов, являющийся основоположником общей теории ВНД и создателем учения о безусловных и условных рефлексах. 5.1. Психическая деятельность человека В высшей нервной деятельности заложены основы высших форм отражательной функции мозга человека мышления, сознания и словесного отражения действительности. Психическая деятельность – субъективно осознаваемая деятельность организма, которая осуществляется с помощью нейрофизиологических процессов и протекает только в период бодрствования. Высшая нервная деятельность может протекать как в период бодрствования, так и во сне. Психика как осознаваемая активность мозга осуществляет 62 психическую деятельность человека, а сознание – отражение реальной действительности в различных формах деятельности человека с учетом важных психических проявлений, таких как ощущение, восприятие, мышление, представление, эмоции, воля и мотивация. Ощущение – это отражение сознанием человека свойств и явлений, воздействующих на органы чувств человека в данный период. Восприятие- это процесс узнавания предмета или явления и формирование субъективного образа впервые увиденного, встречаемого человеком, т.е. увиденный предмет оставляет в психической деятельности след, который и формирует данное явление. Представление рассматривается, как свойство сознания сохранять ранее запечатленный образ, который на данный период не действует, но человек воспроизводит его с помощью памяти и мышления. Память – способность организма приобретать, сохранять и воспроизводить в сознании накопленную информацию и опыт. По 63 длительности хранения информации память подразделяется на следующие виды: сенсорная (иконическая) память соответствует длительности ощущения после прекращения действия звука, света и т.д. Сенсорная память базируется на воспоминаниях или опыте, например ощущение приятного поглаживания, ласк, которых в настоящее время нет. - кратковременная память обеспечивает удержание и воспроизведение оперативной информации, которая непродолжительна и длится секунды или минуты. - промежуточная память – это перевод кратковременной памяти в долговременную, продолжающуюся от нескольких минут до 4 часов. По длительности хранения информации она является промежуточной между кратковременной и долговременной. Иногда ее называют нейрохимической памятью, так как в данный процесс вступают посредники – биохимические реакции в процессе переработки и хранения информации. При воздействии на организм 64 экстремальных методов (сотрясение головного мозга, неожиданный взрыв, наркоз и др.) кратковременная память может стереться и информация не сохраняется. - долговременная память формируется с помощью кратковременной и промежуточной. Ее основой являются структурные изменения в нейронах, при этом важную роль играют синаптические процессы. Длительность такой памяти – часы, дни, или она сохранна на протяжении всей жизни при условии повторения информации. Существует и другая классификация видов памяти. Двигательная память лежит в основе обучения двигательным актам, трудовым навыкам и письменной речи. Образная память- свойство запоминания и воспроизведения лиц, картин, запахов, мелодий. Эмоциональная память основана на сохранении пережитых человеком ситуаций с эмоциональной окраской. Словесная память – запоминание и воспроизведение прочитанных или услышанных слов. 65 Мышление – закодированный процесс познания и накопления информации с помощью памяти. Существует несколько видов мышления: 1. элементарное (конкретное) мышление – форма отражения действительности в конкретном целесообразном поведении человека и животного, потому что физиологическую основу данного мышления составляет первая сигнальная система. 2. абстрактное мышление – отвлеченнопонятийная форма мышления, свойственная только человеку. Основу данного мышления составляет вторая сигнальная (словесная) система. 3. словесно-логическое мышление свойственно также только человеку и основано на рассуждениях, логически построенных звеньях, аргументирующих последние и первые. 66 5.2. Условно-рефлекторная деятельность При различных жизненных ситуациях поведенческие реакции человека и животного базируются на безусловных (наследственных) и условных (приобретенных) рефлексах. Они имеют единую материальную основу – нервный процесс, - а их действия могут усиливать или тормозить процессы, порой совершенствуя их в зависимости от накопленного опыта. Безусловные рефлексы врожденные и отражают видовые особенности организма. Такие рефлексы относительно постоянны в течение жизни, в действие их запускают раздражители. Например, выделение пищеварительного сока в ответ на раздражение рецепторов полости рта или запах пищи. Это пищевые рефлексы. К оборонительным рефлексам относятся кашель, чихание, отдергивание руки от горячего. Половой рефлекс – это процесс размножения. Ориентировочный рефлекс появляется на новый раздражитель: человек при этом настораживается, прислушивается, поворачивает голову и смотрит в сторону раздражителя и 67 спрашивает себя – «что это такое?». Данный рефлекс обеспечивает восприятие нового, незнакомого раздражителя. Ценность для организма безусловных рефлексов заключается в том, что они сохраняют целостность организма, поддерживают постоянство внутренней среды, ответственны за размножение (воспроизводство). Условный рефлекс приобретен в течение жизни и отражает, как правило, индивидуальные особенности организма. Они образуются, изменяются и порой отменяются, если становятся неадекватными при новых условиях жизни. Правила выработки условных рефлексов следующие: 1. Многократное совпадение во времени действия индифферентного раздражителя с безусловным раздражителем. 2. Условный рефлекс образуется на базе безусловного рефлекса. Факторы образования условных рефлексов: 68 1. Оптимальное состояние организма (здоровье) и состояние коры полушарий большого мозга. 2. Функциональное состояние нервного центра безусловного рефлекса (для пищевых рефлексов – наличие пищевой потребности). 3. Отсутствие посторонних сигналов, как из внешней среды, так и от внутренних органов (кишечник, мочевой пузырь и др.). 4. Оптимальное соотношение силы условного и безусловного раздражителей. Скорость образования условного рефлекса зависит от уровня возбудимости ЦНС и доминантной установки на познание движения, профессионального навыка и письма. При этом формируется динамический стереотип нервных процессов благодаря реакции на раздражитель. Это замыкание нервных связей между следовым возбуждением от действия предыдущего сигнала и последующим условным раздражителем. Динамический стереотип как зафиксированная и уравновешенная система двух рефлексов играет значительную роль в процессе 69 овладения сложнокоординированными физическими упражнениями и профессиональными умениями. 5.3. Торможение условных и безусловных рефлексов По физиологическому содержанию тормозной процесс – это активный нервный процесс, который подавляется деятельностью. Условный рефлекс будет прочным, если условный раздражитель постоянно подкрепляется безусловным; если его не подкреплять, ответная реакция постепенно ослабевает и затормаживается. Рефлекс не исчезает совсем, а восстанавливается при подкреплении. В зависимости от условий возникновения различают безусловное и условное торможение. Их различие заключается только в их локализации. Рефлексы затормаживается при воздействии любого неизвестного раздражителя. Незнакомый раздражитель вызывает ориентировочный рефлекс. В силу вступает фактор оценки нового раздражителя, – «каков он для организма?» - полезен, вреден или 70 безразличен. Различные раздражители вызывают торможение одних и образования новых условных рефлексов. К таким торможениям относят внешнее торможение (постороннее сильное раздражение, боль, отрицательные эмоции), внутренние торможение (неподкрепленное безусловным раздражителем), дифференцированное торможение (сходные раздражители, но при подкреплении одного можно дифференцировать нужную реакцию), запаздывающее торможение (выжидание на ответную реакцию) и условное торможение формируются по типу отрицательного условного рефлекса. 5.4. Особенности высшей нервной деятельности Человек, как и животное, отражает мир по условно-рефлекторному принципу, но высшая нервная деятельность человека имеет существенные отличия. Животные наделены только первой сигнальной системой, а человек наряду с отражением конкретных предметов на основе анализа, синтеза и свойств предмета в процессе 71 эволюции и социализации, связанной с трудовой деятельностью, приобрел и словесные их обозначения, т.е. конкретику данных предметов за счет второй сигнальной системы. Первая сигнальная система – это система организма, обеспечивающая формирование непосредственного представления об окружающей среде. Сигналами первой сигнальной системы являются отдельные свойства предмета (цвета, запах, объем и т.д.). Вторая сигнальная система обеспечивает формирование представления о среде обитания с помощью слова. Слово для человека является знаком реальности, осмысливания и общественных форм поведения. Отличия человека от животного: 1. Планируемая трудовая деятельность человека соотносится с его потребностями в отличие от приспособительного поведения животных. 2. Человек наделен образным (конкретным) и абстрактным мышлением. За счет первой сигнальной системы обеспечивается конкретное мышление, свойственное человеку 72 3. 4. и животному, а за абстрактное мышление отвечает вторая сигнальная система, свойственная только человеку. Присутствие специфических типов ВНД у человека, по концепции И.П. Павлова, о соотношении и преобладании первой над второй сигнальной системой и наоборот позволило выделить следующие типы: художественный тип (художники, писатели, музыканты), у которых преобладает первая сигнальная система, мыслительный тип (философы, математики, политики) – обратное соотношение, вторая преобладает над первой; при равенстве двух систем выделен средний тип – промежуточный между двумя описанными типами людей. Человек в отличие от животного имеет ассиметрию полушарий. Леворукость и праворукость у человека – фактор, свидетельствующий о латеризации функций (общеизвестно, что правшей значительно больше). Например, левое полушарие является базовой основой логического 73 мышления, правое – образного (конкретного) мышления. 5. Сознательная деятельность мозга человека происходит только с подключением коры больших полушарий и ЦНС. Типология ВНД. Степень выраженности свойств нервной системы определяется взаимным уравновешиванием и подвижностью нервных процессов, а именно сменой торможения возбуждением или, наоборот, возбуждения – торможением. Наличие разных комбинаций трех основных свойств неровной системы позволило И.П. Павлову создать учение о типологии высшей нервной деятельности. И.П. Павловым было установлено 4 типа высшей нервной деятельности. Они были схожи по свойствам с 4 видами темперамента, описанные в IV в. до н.э. древнегреческим врачом Гиппократом. Гиппократ трактовал темперамент по 4 видам восприятия - сангвиник, флегматик, холерик, меланхолик. 74 Сангвиник - решительный, подвижный, энергичный, сильный, с устойчивой и уравновешенной системой возбуждения и торможения. Флегматик – спокойный и медлительный, сильный и малоподвижный, трудно переключается с одной деятельности на другую. Процессы возбуждения и торможения отличаются у него застойностью и инертностью. Холерик – безудержный, вспыльчивый, с высоким уровнем активности, раздражительный, энергичный, с ярко выраженными эмоциями, жестами и мимикой. Он отличается большой подвижностью нервных процессов с преобладанием возбуждения. Меланхолик – слабый тип, с низким уровнем нервно-психической активности, мнительный, тоскливый, замкнут, пуглив. Для него характерны слабые процессы торможения и возбуждения. У человека с таким типом ВНД происходит быстрая истощаемость нервной системы. Типологию человека можно изменить, и главные условия этого изменения – социальные 75 факторы и желание самого человека изменить определенные черты своего характера. Это обусловлено и семейными обстоятельствами, и карьерным ростом. 5.5. Физиология сна, бодрствования и сновидения Сон представляет собой особую активность мозга, при которой выключается сознание, механизмы сохранения позы и снижается чувствительность анализаторов. Треть жизни человек находится в состоянии сна. Продолжительность сна взрослого человека – 7-8 часов. В процессе сна выделяют четыре или пять стадий. После засыпания развивается медленный сон с замедлением дыхания, пульса, расслабления мышц, понижением процесса обмена вещества и температуры тела. Примерно через 1,5 часа он сменяется быстрым сном. В этой фазе сна происходят своеобразные физиологические процессы: активируется дыхание – оно частое и глубокое; усиливается сократительная деятельность сердца, повышается обмен веществ, наблюдается сокращение отдельных мышц, 76 движение руками и ногами, гримасы на лице. Под закрытыми веками происходит движение глаз, и если в такой фазе разбудить человека, то он поведает вам о ярких и фантастических переживаниях. На протяжении ночи последовательность стадий сна повторяется в среднем три-пять раз, а глубина сна в каждом таком цикле снижается к утру. Сновидения – это образные представления, воспринимаемые как реальная действительность. Материалом для сновидений является: 1) предшествующая деятельность (дети продолжают играть, главный инженер делает нагоняй прорабу, исследователь экспериментирует, кстати, в период сна были сделаны гениальные открытия – таблица химических элементов, сочинение музыки, математические расчеты и т.д.); 2) Раздражители, специфически действующие во время сна. Например, часто человек летает во сне; если его в период сна подтолкнуть или приложить грелку к ногам то он дернется, как будто идет по раскаленному песку; 77 3) Избыточная импульсация от внутренних органов – вызывает кошмарные сны. Значение сна рассматривается в повседневной жизни деятельности человека как фактор отдыха всех систем, а главное – перестроение функций организма. Итак: 1) сон обеспечивает отдых организму (если в течение 3-5 суток или 116 часов человек не спит, это приводит к нервно-психическим расстройствам и изменениям функционирования систем организма); 2) сон способствует повышению уровня метаболизма за счет биосинтеза белков, при этом важную роль играют гипоталамус и гипофиз; 3) участие сна в переработке и запоминания информации общеизвестно; 4) биологическое значение сна связано с приспособительными реакциями организма на смену дня и ночи, т.е. к моменту пробуждения активность органов возрастает. Смена бодрствования и сна повторяет суточные ритмы Земли, к которым в процессе эволюции приспособился организм человека. 78 Важную роль в регуляции цикла сонбодрствование играет ретикулярная формация ствола мозга, которая обладает специфической особенностью диффузно влиять почти на все области головного мозга и способствовать адаптационным процессам естественного физиологического процесса. Нарушения сна встречаются часто. Причиной бессонницы может служить умственные и физические переутомление, уменьшение двигательной активности, изменение ритма суточной ориентации (ночные смены, развлечения, дневной сон, болезнь и мнительность). 5.6. Нарушение высшей нервной деятельности ВНД человека находится в постоянной зависимости, как от внешних условий, так и от состояния внутренней среды организма. Огромное влияние на ВНД человека оказывает умственное и эмоциональное перенапряжение, которое требует значительной энергии для переработки и хранения информации. 79 Неблагоприятные факторы внешней среды иногда становятся решающими в состоянии здоровья. Они могут быть кратковременными, если иммунная система и ВНД у человека справляются с подобными испытаниями, то адаптационные процессы происходят довольно быстро, но если этого не происходит – нарушение процессов ВНД может быть долгим и стойким. Эти процессы связаны с утомлением нервных клеток. Нарушаются процессы возбуждения и торможения в коре больших полушарий, что ведет к нарушению образования условных рефлексов и нервно-психическим изменениям. Эти нарушения вызывают изменения внутренних органов. Нарушенные процессы восстанавливаются при устранении причин, вызвавших определенные отклонения в состоянии здоровья. Хороший, полноценный отдых, научно-обоснованные реабилитационные и профилактические мероприятия положительно влияют на восстановление нарушенных связей в ЦНС и самочувствие человека. 80 Влияние алкоголя на нервную систему общеизвестно. Алкоголь через кровь в течение двух минут проникает в клетки организма. Ухудшается условно-рефлекторная деятельность, замедляются сложнокоординационные движения. Процесс возбуждения может преобладать над торможением, и человек теряет способность управлять собой. Как только в клетки лобной доли попадает алкоголь, появляется неоправданная радость (или печаль), беспричинный смех, легкость в суждениях и действиях. Вслед за возбуждением в коре головного мозга возникает резкий процесс торможения. Кора перестает контролировать работу низших отделов мозга, и человек утрачивает стыдливость, сдержанность и может делать то, о чем в нормальном состоянии он бы и не помышлял. При концентрации в крови алкоголя в пределах 0,04-0,05% выключается кора головного мозга – теряется контроль над собой и способность разумно оценивать свои поступки, нарушается зрительное и слуховое восприятие, утрачивается скорость двигательных реакций. 81 При концентрации в крови человека алкоголя до 0,1% угнетаются более глубокие отделы мозга – человек суетится, излишне оживлен, движения неуверенные. Концентрация 0,2% влияет на эмоциональное поведение, появляется агрессивность, а при концентрации алкоголя в крови 0,3% человек хоть и в сознании, но происходящего не понимает. Наступает алкогольное отупение. При концентрации алкоголя 0,6-0,7% может наступить смерть. Алкоголь из отравленного организма выводится в течение 1-2 суток. Пиво, которое сейчас усиленно пропагандируют средства массовой информации, кроме алкоголя содержат много углеводов, которые переходят в жиры и отрицательно влияют на обмен веществ. Влияние наркотиков, вредных факторов производства и экологических факторов также обуславливает нарушение высшей нервной деятельности человека и заслуживает внимания. 82 Глава 6. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ (АНАЛИЗАТОРЫ) На человека воздействуют различные раздражители, которые несут поток информации. Принять и адекватно отреагировать на нее могут органы чувств человека. Мозг получает сигналы от органов чувств, перерабатывает их и посылает определенный символ на исполнение. В органе чувств рецептор преобразует сигналы внешнего мира в нервные импульсы, причем свойственные именно ему: глаз реагирует на свет и цвет, ухо на звук, кожа – на боль или прикосновение. Рецепторы весьма чувствительны к адекватным раздражителям и быстро реагируют на малейшие изменения, исходящие из внешней или внутренней среды. 6.1.Физиология анализаторов Система анализа раздражителей физической или химической природы, завершающаяся их кодированием в нервных структурах головного мозга, называется сенсорной системой. Основным 83 принципом кодирования сенсорной информации является зависимость характера ощущений от того, в какой области ЦНС оканчиваются нервы, которые возбудились при действии специфического раздражителя. Поступив в высший корковый отдел (проекцию), сенсорный сигнал «расшифровывается», происходит его интеграция и формирование ощущения. Осмысление качеств предметов осуществляется на основании накопленного опыта. Данный процесс анализа объективной реальности в органах чувств и корковых проекциях связан с функцией анализаторов. Анализаторы – это органы чувств, посредством которых с участием центральных и периферических образований происходит анализ и синтез раздражителей, поступающих из внешней и внутренней среды организма. Органы чувств – это специфические образования, воспринимающие и анализирующие факторы окружающей среды. 84 Анализатор имеет три отдела – периферический, проводниковый, центральный (корковый) Периферический отдел анализатора – рецептор, в котором восприятие происходит посредством трансформации энергии раздражителя, переходящей в нервный импульс. В периферическом отделе анализатора также происходит первичный анализ изменений внешней и внутренней среды организмы. Проводниковый отдел включает центростремительные волокна, проводящие возбуждение к корковым проекциям. В проводниковом отделе продолжается частичная переработка информации на стадии перехода в корковый отдел, например двигательного анализатора, когда человек преодолевает препятствие в несколько этапов. Корковый отдел анализатора, где осуществляется высший анализ и синтез афферентных возбуждений, обеспечивает полное представление об окружающей среде. Корковый отдел связан с рецепторными отделами. 85 Деятельность анализаторов человека связывают с наличием пяти чувств: зрения, слуха, вкуса, обоняния и осязания. Физиологи рассматривают и классифицируют анализаторы по их роли. 1. Внешние анализаторы – воспринимают и анализируют изменения внешней среды. Среди них – зрительный, слуховой, обонятельный, вкусовой, тактильный и температурный анализаторы. Их роль заключается в обеспечении познания внешнего мира, приспособления организма к окружающей среде, поддержании тонуса ЦНС. 2. Внутренние (висцеральные) анализаторы, воспринимающие и анализирующие изменения внутренней среды организма, показателей гомеостаза. Основная функция данных анализаторов заключается в регуляции функций внутренних органов, обеспечивая адаптационные возможности организма к изменяющейся среде обитания. 3. Анализаторы положения тела воспринимают и анализируют положение тела в пространстве и 86 частей тела относительно друг друга, позы и регуляции мышечного тонуса для обеспечения изменившегося положения. К данному типу анализаторов относят вестибулярный и двигательный (кинестетический) анализаторы. 4. Болевой анализатор – информирует о повреждениях целостного организма и его частей. Болевые ощущения возникают при раздражении наружных и внутренних рецепторов. 6.2. Функции рецепторов Рецепторы – первое звено, принимающее действие раздражителей. Это специализированные клетки. Энергия любого раздражителя кодируется данными клетками и передается в центральный аппарат анализа в корковый отдел. Рецепторы по их восприимчивости подразделяют на 2 вида: соматосенсорные (прикосновение, давление, температурные, болевые) и проприорецептивные для мышц и суставов. Соматосенсорные рецепторы туловища и конечностей иннервируются спинномозговыми нервами, а рецепторы головы – черепно87 мозговыми. Специально-сенсорные, или рецепторы органов чувств. К ним относятся: зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые и вестибулярные. По уровню специфичности все рецепторы подразделяют на мономодальные и полимодальные, когда рецепторы реагируют на различные раздражители, например, боль. Рецепторы дифференцируют как первичночувствующие (обоняние, осязание, давление) и вторичночувствующие (зрительные, слуховые). Отличие их заключается в способе передачи информации в центральный отдел анализатора. Если первичночувствующие сами генерируют нервный импульс и передают его по чувствительному нерву в высшие отделы, то вторичночувствующие под влиянием внешних раздражителей деполяризуются с выделением химического медиатора. Медиатор воздействует на синапсы центростремительных нейронов, где образуется генераторный потенциал, т.е «двойная деполяризация». По свойствам рецепторы подразделяются на адекватные и неадекватные, но главные их три 88 свойства – возбудимость, лабильность и адаптация – постоянны и присущи все рецепторам. Для оценки возбудимости рецепторов применяют меру адекватности раздражителя. Чем более адекватен раздражитель, тем меньше необходима сила для возбуждения рецептора. Адаптация рецептора зависит от особенностей его строения, силы раздражителя и самого раздражающего агента. Формирование ощущений в рецепторах при действии адекватных раздражителей начинается с возникновения рецепторного потенциала. 6.3. Физиология боли По В.М. Смирнову боль возникает как при повреждающих воздействиях на воздействиях на специальные ноцицепторы, так и при интенсивном воздействии на другие рецепторы организма. Каждому человеку знакомо чувство боли. Это обусловлено различными причинами – боль от ударов и ушибов, боль при заболеваниях органов и систем. Существует так называемая «боль радости» - при родах. Боль, связанная с утратой близкого человека или утратой материальных 89 ценностей, - это психофизиологическое состояние, оно оценивается как эмоциональное и мотивационное. Боль – это ощущение организма, и возникает она при действии сверхсильных раздражителей, связанных с повреждением тканей и органов организма. Периферический отдел представлен рецепторами боли – ноцицепторами. Проводниковый отдел начинается от дендритов афферентного нейрона, расположенного в чувствительных нервах. Далее в спинной мозг и по специфическим путям возбуждение переходит в ЦНС к ядрам таламуса, и оттуда во все отделы коры большого мозга. Корковый отдел локализуется в двух зонах – в области центральной извилины и в глубине сильвиевой борозды. Болевые ощущения, возникающие у человека, сопровождаются не только отрицательными эмоциями, но и двигательной реакцией (сжатие в «комочек» тела человека или групп мышц, суета), изменениями артериального давления, частотой сердечных сокращений, нарушением ритма 90 дыхания, обмена веществ, обильным потоотделением и другими реакциями организма человека. В настоящее время установлено, что наряду с болевыми ощущениями у человека существует и обезболивающая (антиноцицептивная) система, предотвращающая реакции на болевые раздражения. Антиболевая система расположена на различных уровнях ЦНС, включая соматосенсорные зоны коры большого мозга, которым отводят ведущую роль в формировании антиболевых реакций. Сам процесс довольно сложен и заключается в биохимических реакциях и выработке специфических веществ, способны угнетать болевые ощущения. Кроме того, боль – это неестественное состояние систем организма, нарушение их физиологического состояние человека. 6.4. Зрительный анализатор Зрение – основа профессиональной деятельности человека. Сенсомоторная система зрения обеспечивает восприятие света и цвета. 91 Глаз человека имеет диаметр около 2,5 см, расположен в глазнице черепа. Веки и ресницы защищают глаза от пыли и травм. Расположенная у наружного угла глаза слезная железа, выделяя жидкость, согревает глаз, удаляет с его поверхности посторонние частицы, а затем переносит «отработанную» жидкость уже со стороны внутреннего угла глаза по слезному каналу в носовую полость. Движение глазного яблока осуществляют шесть глазодвигательных мышц, прикрепленных к склере снаружи. Глазное яблоко снаружи покрыто белочной оболочкой, которая в передней части прозрачна. Эта оболочка называется роговицей. Через роговицу свободно проходят лучи света. Средняя, сосудистая оболочка, пронизана капиллярами и снабжает за счет их глазное яблоко кровью. Внутренняя поверхность оболочки покрыта красящим черным веществом (пигментом), который способен поглощать световые лучи. Передняя часть сосудистой оболочки называется радужкой (радужная оболочка), она определяет цвет глаз. 92 Зрачок в виде отверстия в радужной оболочке регулирует поступления внутрь глаза света – при ярком освещении суживается и расширяется при слабом. Хрусталик расположен за зрачком. Вся внутренняя часть глазного яблока заполнена стекловидным телом. Внутренней оболочкой глазного яблока является сетчатка, где расположены рецепторы глаза – колбочки и палочки. Напротив зрачка в сетчатке расположено желтое пятно (состоящее только из колбочек). Преобразованные в сетчатке нервные импульсы по зрительному нерву идут в кору больших полушарий. Точка выхода нерва образует на сетчатке слепое пятно. Периферическим отделом зрительного анализатора являются фоторецепторы глаза. Анализ световых ощущений осуществляется в сетчатке светочувствительными клетками палочками и колбочками. Палочки являются рецепторами, воспринимающими световые лучи в условиях слабого освещения (бесцветное, или ахроматическое зрение), колбочки функционируют при яркой освещенности и 93 воспринимают цвет (цветное, или хроматическое, зрение). Затем происходит биохимический процесс, вызывающий рецепторный потенциал, который передается по проводниковому отделу в зрительный анализатор (зрительный бугор и собственно таламус) и подкорковые структуры. От структур, участвующих в «концентрации зрения», информация от всех нейронов, идет к коре полушарий большого мозга к центральному отделу зрительного анализатора, расположенного в затылочной доле. Здесь происходит окончательная расшифровка и анализ сенсорной системы зрения. Передача зрительной информации происходит постепенно. Появляется контур предмета, формируется целостное восприятие предмета. Это все происходит на уровне сетчатки глаза. Информация поступает в подкорковые образования и затем расшифровывается в зрительном анализаторе. Благодаря этому процессу человеческий глаз имеет такие свойства, как острота зрения, бинокулярное видение и восприятие пространства. 94 6.5. Особенности зрения человека Острота зрения – это способность различать наименьшее расстояние между двумя точками, она зависит от точности фокусирования изображения на сетчатке глаза и определяется наименьшим углом зрения, под которым глаз способен различать две точки. В норме глаз человека способен различать 2 светящиеся точки под углом зрения в 1 мин., и острота зрения такого глаза принимается за единицу. Острота зрения зависит от величины рефракции и степени совпадения изображения предмета с центральной ямкой, которая отвечает за высокую остроту зрения. Поле зрения – это видимое глазом пространство определенной точки предмета, при этом фиксированная взглядом точка попадает в центральную ямку (центральное зрение), и зрительное восприятие происходит периферическим зрением. Объем периферического зрения (определяется прибором Периметром) составляет по различным направлениям: по верхней – 40-45, по нижней – 70, по наружной – 90 и по внутренней границе – до 55. 95 С помощью бинокулярного зрения можно видеть предметы рельефными и определять расстояние до видимого предмета. Предметы, находящиеся на разном расстоянии друг от друга, вызывают неидентичные изображения на сетчатке левого и правого глаза. Восприятие пространства происходит с помощью движения глаз. При рассмотрении близко лежащих предметов наблюдается конвергенция (схождение) зрительных осей, при фиксации расположенных на дальнем расстоянии предметов происходит дивергенция (расхождение зрительных осей). Зрительные оси могут и расходиться, что обеспечивает фиксацию изображения предмета в области центральной ямки. Конвергенция зрачков – это реакция (сужение) на близко рассматриваемые предметы с целью их подробного изображения. Аккомодация глаз – главный механизм, обеспечивающий ясное видение предметов, удаленных на различные расстояния. Способность сводить изображения от далеко или близко расположенных предметов на сетчатке за счет 96 изменения кривизны хрусталика и сужением зрачка. Благодаря такой способности хрусталика его преломляющая сила может меняться в переделах 10 – 14 диоптрий. Эмметропия – это нормальная рефракция глаза. Она заключается в том, что при прохождении изображений предметов через светопреломляющую систему глаза лучи собираются и фокусируются на сетчатке в центральной ямке. При аномалии рефракции лучи предмета фокусируются впереди сетчатки – такое состояние характеризуется миопией (близорукостью). Если изображение предмета оказывается за сетчаткой, человеку приходится удалять от глаз видимый предмет, чтобы получить четкое изображение – это гиперметропия (дальнозоркость). Для коррекции дальнозоркости применяют двояковыпуклые линзы, а близорукость исправляют двояковогнутыми линзами. При изменении освещенности видение предметов происходит за счет зрачкового рефлекса, который реагируют на интенсивность 97 светового потока. Сужение зрачка (миоз) – происходит при увеличении освещенности, а при уменьшении происходит расширение зрачка (мидриаз). В жизнедеятельности человека довольно часто приходится встречаться с явлениями, когда снижается или повышается чувствительность глаза к свету и темноте. Световая и темновая адаптация происходит за счет фотохимических процессов в колбочках и палочках, которые обеспечивают расщепление (действие света) и ресинтез (в темноте) фоточувствительных пигментов и рецепторных элементов клетчатки. Цветовое зрение – это способность зрительного анализатора реагировать на изменения длины световой волны с формированием ощущения цвета. Согласно теории трехкомпонентного цветоощущения (ЛомоносовЮнг-Гемгольц-Лазарев) в сетчатке глаза имеется три вида колбочек, чувствительным к трем основным спектрам – красному, зеленому и синефиолетовому. Белый цвет воздействует на все цветовоспринимающие элементы. В дальнейшем 98 при исследовании глаза в колбочках были обнаружены специальные цветочувсвительные вещества – эритробалы (красночувствительные), хлорабалы (зеленочувствительные) и цинобалы (синечувствительные). Цветоощущение для человека является не только возможностью оценки световой волны, но весьма важной функцией – эмоциональной сферой деятельности. Человек при виде красного ощущает тепло, он слега возбуждается, усиливается его эмоциональное восприятие, но этот цвет быстро утомляет психику. Желтый цвет создает приподнятое настроение, стимулирует зрение, зеленый – действует освежающее, успокоительно (снижается артериальное давление), помогает расслаблению мышц. Голубой – успокаивает нервную систему, фиолетовый цвет – расслабляет психику. Различные оттенки цветов индивидуально создают какой-то образ, впечатление, положительно влияя на психику человека. Поэтому при строительстве офисов весьма важно подобрать цветовой спектр в местах, где в основном будет проходить трудовая 99 деятельность исполнителя. Психика человека независимо от напряжения труда всегда реагирует на воздействия окружающих предметов и гамму цветов. 6.6. Слуховой анализатор Ухо человека состоит из трех отделов (наружное, среднее и внутреннее ухо). Человеческое ухо воспринимает звуки громкостью от 10 до 14 децибел и частотой волны от 20 до 20000 герц (выше данного показателя ультразвуки, которые человек не воспринимает). Человеческая речь – это звуковые колебания от 1000 до 3000 Гц, которые воспринимаются ухом. Данный диапазон носит название речевой зоны. Наружное ухо включает в себя ушную раковину и слуховой проход. В среднем ухе – хрящевая перепонка (затягивающая наружный слуховой проход), - за которой находятся три слуховые косточки (стремечко, молоточек и наковальня). Они связывают барабанную перепонку с эластичной перепонкой, которая затягивает овальное окно внутреннего уха. Полость среднего уха с помощью евстахиевой 100 трубы сообщается с носоглоткой, позволяя обеспечивать выравнивание атмосферного давления в среднем ухе (со стороны барабанной перепонки). Внутреннее ухо – это система полостей и извитых каналов – костный лабиринт (внутри которого располагается перепончатый лабиринт, заполненный жидкостью), соединенный со средним ухом овальным и круглыми окнами. В улитке находятся клетки, воспринимающие слуховые колебания – слуховые рецепторы, связанные со слуховым нервом, а в лабиринтах, состоящих из полукружных каналов (заполненных жидкостью), находятся чувствительные волоски, реагирующие на движение тела и дающие информацию о его положении, там расположен вестибулярный аппарат. 6.7. Функции слухового анализатора Восприятие звуковых колебаний осуществляется рецепторами внутреннего уха. Первичный анализ звука происходит в кортиевом органе. Рецепторные волосковые клетки кортиева органа являются периферическим отделом слухового анализатора. 101 Каналы улитки: верхний – вестибулярный, средний – эндомалимфатический и нижний – барабанный. Кортиев орган – это система волокон, мембран и волосковых клеток, передающая информацию по улитковому нерву к высшим центрам звукового анализа. Проводниковым отделом служит ганглии улитки, далее по слуховому нерву в продолговатый мозг и по нейронам к метаталамусу возбуждение поступает в кору большого мозга. Корковым отделом слухового анализатора является височная доля. Схематически это выглядит следующим образом. Через ушную раковину звуковые волны через наружный слуховой проход достигают барабанной перепонки и вызывают ее колебания. Слуховые косточки усиливают эти колебания и передают их через овальное окно во внутреннее ухо – улитке. Это вызывает колебания жидкости, и чувствительные клетки (рецепторы) переводят колебания в нервный импульс по слуховому нерву через круглое окно в головной мозг, в зону височной области коры больших полушарий, где 102 происходит анализ и формирование слуховых ощущений. Слуховой анализ - это восприятие периферических сгущений, создаваемых различными источниками колебаний. Фонемный слух, или мозговая фонетика, важное качество, которым обладает человек, способный преобразовать звуковой сигнал в фонетический образ за счет понимания, осмысливания и переработки информации. При этом важно подчеркнуть влияние второй сигнальной системы и эмоционального фактора. Кодирование словесных сигналов регистрируется в коре в виде электрических потенциалов. 6.8. Вестибулярный анализатор Вестибулярная сенсорная система осуществляет функцию восприятия угловых и прямолинейных ускорений в регуляции мышечного тонуса, координирует изменения положения головы и тела. Периферическим отделом вестибулярного анализатора является вестибулярный аппарат, 103 расположенный в лабиринте преддверия. Три полукружных канала расположены в трех полостях. Внутри преддверия и каналов находится эндолимфа (внутри перепончатого лабиринта), а между перепончатым лабиринтом и костным ее футляром – перилимфа, переходящая в перилимфу органа слуха. Процесс преобразования механической энергии в нервные сигналы происходит при раздражении волосков клеток, где происходит физико-химический процесс, вызывающий проницаемость ионов Na, затем идет импульсация дендритов афферентных нейронов, и по проводниковому отделу информация поступает в вестибулярный анализатор. Центральный отдел вестибулярного анализатора локализуется в височной области коры большого мозга. Проходя продолговатый мозг через 4 вестибулярных ядра (верхнее, нижнее, медиальное и латеральное), нервные пути обеспечивают двигательную активность человека. 104 Вестибулярные пути не только обеспечивают двигательную активность человека, но и отвечают за сложные перемещения в пространстве. По вестибулоспинальному пути передается информация от вестибулярного аппарата на мотонейроны спинного мозга, и отвечает он за равновесие тела при движениях. Вестибулокулярный путь регулирует активность мышц глаза во время движений, имея способность сохранять на сетчатке глаза объект наблюдения (при выполнении сложных кульбитов, переворотов спортсмен или артист цирка не теряет ориентировку перемещения). Вестибуломозжечковый путь идет от ядер мозжечка и отвечает за положение тела в пространстве, регулирует мышечный тонус при ходьбе и сложных перемещениях. Морская болезнь – это нарушение вегетативных и соматических реакций. Такое состояние проявляется сердцебиением, тошнотой, рвотой и повышенной перистальтикой кишечника. Это происходит при раздражении вестибулярных 105 рецепторов и ядер мозга во время качки кораблей, лодок или других средств передвижения на воде. Морская качка является чрезвычайным раздражителем вегетативного аппарата, но регулярные тренировки и целенаправленные упражнения способствуют включению вегетативных заслонов, и человек постепенно становится невосприимчивы к подобным раздражителям. 6.9. Двигательный анализатор Двигательный (кинестетический) проприоцептивный анализатор обеспечивает первичный анализ изменяющихся мышечных напряжений (растяжение, сокращение, давление), т.е. он формирует «мышечное чувство». Он отвечает за положение тела в пространстве, позу, участвует в координации мышечной деятельности и поднимании груза. Периферический отдел представлен проприорецепторами мышц, сухожилий, связок и суставных сумок, которые представляют собой мышечные веретена, заключенные в соединительную ткань. Одним концом веретена 106 закреплены в сухожилии мышц, другим – в глубине мышечных волокон. Второй вид рецепторов, относящихся к проприорецепторам, это тельца Гольджи, Фатер-Пачини, представленные в виде нервных волокон и сплетений, которые описывают сухожилия мышц. Проводниковый отдел двигательного анализатора начинается чувствительными нейронами спинальных ганглиев в составе спинного мозга, возбуждения достигают продолговатого мозга и локализуются в двигательном анализаторе. 6.10. Обонятельный анализатор Обонятельные ощущения играют значительную роль в жизни человека. С помощью обоняния человек может предотвратить попадание в организм химически опасных ингредиентов. Рецепторы обоняния и вкуса являются наиболее древними образованиями, ибо первоначальным «общением» со средой обитания служат именно данные сенсорные системы. Периферический отдел анализатора представлен обонятельными клетками, которые в 107 виде множества цилиндрических выростов цитоплазмы располагаются в верхней части носового прохода. Запах воздействует на чувствительные волоски клетки и адсорбируется на них. Важную роль в данном химическом процессе отводят ионами Са, которые увеличивают проницаемость мембран рецепторов для ионов Na с целью формирования нервного импульса. Проводниковый отдел представлен обонятельными луковицами, где происходит формирование запаха и, образуя с аксонами нейросенсорных клеток обонятельный тракт, направляется в передние ядра зрительного бугра. Центральным (корковым) отделом обонятельного анализатора является часть в грушевидной доле коры в области извилины морского коня. 6.11. Вкусовой анализатор Анализатор обеспечивает формирование вкусовых ощущений. Вкусовые рецепторы расположены на краях, корне языка и на задней стенке глотки и надгортанника. 108 Первичный анализ (периферический отдел) вкуса происходит на вкусовых почках, которые в виде нейроэпителиальных выпячиваний находятся на кончике языка, мягком небе, миндалинах, гортани и боковых поверхностях языка. Отдельные вкусовые почки могут быть полимодальными, т.е. воспринимать различные виды вкусовых раздражений. В каждой почке находится по 9-10 рецепторных клеток, снабженных своеобразными выростами (штифчиками), далее информация о вкусе идет через поры клеток и по 2-3 афферентным нервам, которые отходят от каждой вкусовой почки и направляются в центральный отдел вкусового анализатора, ядра одиночного пучка продолговатого мозга. Это проводниковый отдел. Центральный (корковый отдел) локализуется в нижней части сомато-сенсорной зоны коры. Человек различает кислый, сладкий, горький и соленый привкусы. Соленый привкус – корнем и кончиком языка, кислый и сладкий – краем языка. Резкие вкусовые раздражители имеют длительные 109 последствия в результате перенапряжения вкусовых рецепторов. Естественно, что все вкусовые ощущения формируются при участии обонятельного анализатора и коры полушарий большого мозга. Большинство нейронов этой области мультимодальны, т.е. они способны реагировать не только на вкус, но и на температуру, механические и другие раздражители. 6.12. Температурный анализатор Температурный анализатор имеет большое значение для терморегуляции и поведенческих и приспособительных реакций. При действии высоких температур у человека может возникнуть ощущение холода, а обливание студеной водой иногда вызывает ощущение жара. Холодовые рецепторы (колбочки Краузе) располагаются в коже и слизистых оболочках ближе к поверхности, чем тепловые (тельца Руффини) и поэтому они возбуждаются быстрее. Периферичксий отдел температурного анализатора представлен рецепторами данных клеток. 110 Проводниковый отдел находится в задних рогах спинного мозга и далее до зрительного бугра. Отсюда возбуждение поступает в центральный отдел температурного анализатора, который находится в области задней центральной извилины коры полушарий большого мозга. 6.13.Тактильный анализатор Важность данного анализатора в том, что он обеспечивает ощущения прикосновения, давления, вибрации, щекотки, ласк и формирует приспособительные реакции. Периферический отдел представлен тельцами Мейснера, располагающимися на поверхности кожи и слизистых оболочках. На коже волосяные фолликулы также воспринимают ощущения щекотания. В ощущении давления участвуют диски Меркеля, а вибрацию контролируют тельца Пачини. Проводниковый отдел начинается от нейронов спинного мозга, далее в продолговатый мозг и в зрительный бугор. Центральный отдел тактильного анализатора локализуется в 1-й и 2-й 111 зонах постцентральной извилины коры большого мозга. 6.14. Висцеральный анализатор Висцеральный рецептор обеспечивает регуляцию деятельности внутренних органов. Импульсация, идущая от различных органов, позволяет ЦНС управлять органами и поддерживать стабильное состояние организма. Кроме висцерорецепторов, куда входят механорецепторы, хеморецепторы, существуют и интерорецепторы, являющиеся первичным звеном, регистрирующим состояние внутренних органов. Проводниковый отдел начинается в продолговатом мозге и затем корковый отдел через ядра таламуса и лимбическую систему в постцентральную извилину, где возникает ощущение. При нарушении деятельности внутренних органов у человека возникает так называемый «беспричинный страх», который И.М. Сеченов называл темным чувством. Существуют отдельные виды висцерорецепторов. 112 В сердечно-сосудистой системе есть механорецепторы, реагирующие на растяжение при избытке крови в магистральных сосудах. В связи с этим происходит воздействие на вагус (нерв, обеспечивающий ритм), сердце усиливает сокращения, возрастает его производительность, и давление нормализуется, устье полых вен уменьшается, чем предотвращается возможность развития патологии сердечной мышцы. Такое же значение рецепторы оказывают при повышении уровня артериального давления – вызывают диурез, тем самым, снижая объем циркулируемой крови. В легких имеются три вида механорецепторов, которые регулируют деятельность внешнего дыхания и кровооттока и растяжение гладких мышц бронхов, помогая процессу дыхания. В почках и крови также находятся осморецепторы, волюморецепторы (осуществляют контроль за циркуляцией жидкости в органе) и натриорецепторы (реагируют на изменения уровня 113 натрия в крови) и глюкозорецепторы (изменения глюкозы в крови). Висцерорецепторы и их разновидности существуют в желудке, кишечнике и мочевом пузыре, что указывает на возможность выработки условных рефлексов, которые могут изменить деятельность любого органа, так как каждый из них представлен в корковом отделе висцерального анализатора. 114 Глава 7. ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ КРОВИ Кровь – одна из жидких сред организма, циркулирующая по сосудам и внутренней среде организма по замкнутой системе. Внутренняя среда – это комбинация жидкостей в организме, которая снабжает все клетки организма веществами, необходимыми для жизнедеятельности, и выделяет при этом продукты обмена (метаболиты). В состав жидких сред входят кровь, лимфа, тканевая и цереброспинальная жидкости. В среднем у человека около 60% воды от массы тела, что составляет 42 л при весе 70 кг. Система крови (по Г.Ф. Лангу) – периферическая кровь, циркулирующая по сосудам, органы кровотворения (красный костный мозг, лимфатические узлы, селезенка), органы кроверазрушения (селезенка, печень, красный костный мозг) и регулирующий нейрогуморальный аппарат. 115 7.1. Физиология крови Функция крови – транспортная и трофическая (перенос питательных и физиологических активных веществ), дыхательная (перенос кислорода и углекислого газа), экскреторная (доставка шлаков из организма к органам выделения), терморегуляционная (перенос тепла из одних частей тела к другим), обеспечение водно-солевого обмена (транспорт воды и ионов), поддержание гомеостаза (постоянство внутренней среды организма), гуморальная регуляция (за счет доставки этих регуляторов к органам-мишеням), защитная (поддержание неспецифического и специфического иммунитета). Количество крови у человека составляет 6-8% от массы тела. В норме циркулирует только 50% крови, остальная часть крови находится в депонированном состоянии (кровяное депо – селезенка, печень, легкие, подкожная жировая клетчатка). Состав и свойства крови. Кровь состоит из жидкой плазмы (55-60%) и форменных элементов (40-45%), состоящих из лейкоцитов, эритроцитов, 116 тромбоцитов. Плазма состоит из воды (до 90%), неорганических солей (до 1%) и органических веществ (до 9%). Важное значение в жизнедеятельности организма имеют белки плазмы – глобулины и альбумины. Белки плазмы крови регулируют водный обмен, выполняют защитную функцию, поддерживают осмотическое давление плазмы. Глобулин составляет защитную основу крови за счет антигенов, нейтрализует токсины. Белок крови фибриноген участвует в свертывании крови при кровопотерях. В поддержании буферной функции (смягчение агрессивного действия избытка кислых и щелочных продуктов) крови значительную роль играет буферная активность гемоглобина и эритроцитов. Гемоглобин в тканях нейтрализует кислые продукты промежуточного обмена. Гемоглобин состоит из железосодержащих групп гемма (до 4%) и белка глобина (96%). Основные функции гемоглобина – дыхательная и буферная. Кислотно-щелочное состояние (КОС) – показатель, определяющий активность ферментов, участвующих в процессе обмена веществ. 117 Активную реакцию рH (содержание в жидкостях ионов водорода) оценивают как слабощелочную – рH – 7,35-7,45, значительное изменение данного показателя расценивается как патологическое нарушение обмена веществ. Эритроциты – клетки, не имеющие ядра, митохондрий, белоксинтезирующей системы. Основной функцией эритроцитов является связывание и перенос кислорода от легочных альвеол к органам и тканям организма. Он состоит на 90% из гемоглобина и 10% - минеральные соли, глюкоза и жиры. В 1 мм3 крови здорового человека содержатся 3 – 5,0 млн эритроцитов. При больших физических нагрузках наступает эритроцитоз (увеличение числа эритроцитов в крови), что способствует увеличению доставки кислорода тканям организма. Эритроциты разрушаются в печени и селезенке, а Fe переходит во вновь родившийся эритроцит. Функции лейкоцитов и тромбоцитов. Лейкоциты обладают способностью захватывать и переваривать инородные тела (антигены), бактерии, попавшие в кровь, и вырабатывать 118 иммуноглобулины. Лейкоциты имеют ядро. Они весьма подвижны и участвуют в защитной функции организма. Имеется две группы лейкоцитов: гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы и базофилы) и агранулоциты (моноциты, лимфоциты). Лейкоцитарная форма – очень часто встречающийся в жизни больного показатель, на основании которого клиницисты ставят диагноз и определяют тактику лечения. Она обозначает процентное соотношение различных видов лейкоцитов в крови. В норме их содержится: нейтрофилов – 46-47%, эозинофилов 1-5%, базофилов – 0-1%, моноцитов – 2-10%, лимфоцитов – 18-40%. Гранулоциты и моноциты «живут» от 4-5 до 20 дней, а лимфоциты – до 120 дней. Иммунитет – это способность организма защищаться от чужеродных тел и веществ, попавших в кровь. В этом процессе важную роль играют лейкоциты. Кроме того, лейкоциты участвуют в фагоцитозе, разновидности клеточного иммунитета, за счет макрофагов и микрофагов, находящихся в «молодых» клетках 119 лейкоцитов. Макрофаги считаются крупными клетками. Моноциты – это активные фагоциты. Проникая к воспалительному очагу, они превращаются в макрофаги, обеспечивая тем самым защитную функцию лимфоцитов. Лимфоциты составляют до 30% общего числа лейкоцитов. Они играют главную роль в иммунологическом процессе, кроветворной функции. За счет антител они обезвреживают и уничтожают макрофаги. Продолжительность их жизни не превышает 12 дней, но когда они контактируют с антигенами, то живут уже в сотни раз больше. Тромбоциты – это мелкие безъядерные клетки, быстро разрушающиеся при повреждении сосуда и участвующие в свертывании крови. Срок их существования 11-12 дней. 7.2. Системы свертывания крови Свертывание крови при различных нарушениях целостности ткани у одних проходит медленнее, чем у других. Процесс свертывания крови проходит три стадии. В первой происходит 120 образование протромбиназы с участием белковых фосфолипидов (тромбопластин), которые обладают способностью разрушать клетки крови, сосудов и тканей. При нарушении целостности кровеносных сосудов тромбопластины становятся активными, участвуя во второй стадии свертывания крови. Вторая стадия – превращение неактивного протромбина в тромбин. В третьей стадии из фибриногена крови образуется белок фибрина. Нерастворимые нити фибрина с форменными элементами крови образуют тромб, который закупоривает сосуд и останавливает кровотечение. Весь процесс свертывания крови проходит под контролем симпатической нервной системы (за счет выброса адреналина). Кроме того, существует антисвертывающая система, которая рефлекторно за счет воздействия хеморецепторов сосудов и выхода антитромбина, который за счет образования гепарина (находящегося в базофилах крови) тормозит свертывание, растворяет нити фибрина. Встречаются люди с нарушением антисвертывающей системы, т.е. организм не 121 способен рефлекторно остановить кровотечение. Это заболевание генетического характера называется гемофилией. Часто данный процесс наблюдается при браках среди родственников по крови. 7.3. Переливание и группа крови Переливание крови – это экстремальная ситуация в медицине. С начала XX века в результате открытия К. Ландштейнером и Я. Янским фактора склеивания агглютининов в плазме крови, переливание стало возможным и научно обоснованным методом спасения людей. В 1900 г. австрийский ученый Карл Ландштайнер, смешивая эритроциты с нормальной сывороткой крови других людей, обнаружил, что при одних сочетаниях сыворотки и эритроцитов разных людей наблюдается агглютинация (склеивание и выпадение в осадок) эритроцитов, при других ее нет. Агглютинация возникает в результате взаимодействия присутствующих в эритроцитах антигенов – агглютиногенов – и содержащихся в плазме крови антител – агглютининов. Первое 122 успешное переливание крови в России проведено В.Н. Шамовым в 1919 году. Групповые антигены находятся в эритроцитах, но они найдены также в лейкоцитах и тромбоцитах. В плазме крови было открыто два агглютинирующих агента: агглютинин α и агглютинин β, которые склеивают эритроциты. В крови разных людей существует либо один, либо два, либо ни одного агглютинина. Никогда не встречаются в организме одновременно агглютиноген А с агглютинином α и агглютиноген В с агглютинином β. Поэтому в организме не бывает агглютинации собственных форменных элементов. Таким образом существует 4 комбинации агглютиногенов и агглютининов системы АВ0, и соответственно выделено четыре группы крови. Их обозначают: I(0) – α, ß; II(А) – А, ß; III(В) – В, α; IV (А,В) (табл.2). Первая группа крови не содержит агглютиногенов. Людей с первой группой крови раньше считали универсальными донорами. Однако теперь известно, что эта универсальность не абсолютна. Это связано с тем, 123 что у людей с кровью первой группы в довольно значительном проценте обнаружены иммунные анти-А- и анти-В-агглютинины. Переливание такой крови может привести к тяжелым последствиям и даже к летальному исходу. Эти данные послужили основанием к переливанию только одногруппной крови. Во второй группе имеется агглютиноген А, а в плазме – агглютиноген В, и ее можно переливать реципиентам IV группы и реципиентам II группы. В эритроцитах третьей группы содержится агглютиноген В, а в плазме – агглютиноген а, Переливать кровь данной группы можно реципиентам III и группы IV (табл. 3). В эритроцитах IV группы имеются агглютиногены, склеивающиеся под влиянием агглютиногенов плазмы всех групп, кроме IV. Такую кровь можно переливать реципиентам IV группы, а обладатели I, II, III групп могут быть донорами для IV группы. 124 Таблица 2. Серологический состав основных групп крови (система АВ0) Группа крови I(0) II(А) III(В) IV (А,В) Эритроциты агглютиногены А В АВ Плазма или сыворотка агглютинины α, β β α _ Антиагглютинины А В АВ Таблица 3. Совместимость групп крови Группа крови I(0) II(А) III(В) IV (А,В) I(0) - Группа эритроцитов II(А) III(В) + + + + - IV (А,В) + + + - «+» - наличие агглютинации (группы несовместимы); «-» - отсутствие агглютинации (группы совместимы). Одним из первых агглютиногенов крови человека, не входящих в систему АВ0, был резусагглютиноген, или резус-фактор, обнаруженный К. Ландштайнером и А. Виннером в 1940 г. Он был 125 получен при введении крои обезьян макак-резусов к эритроцитам обезьян. Как оказалось, эта сыворотка иммунизированных кроликов дает резко положительную реакцию агглютинации эритроцитов не только макак, но и человека. В Европе 85% людей имеют в крови этот агглютиноген, из-за чего их называют резусположительными (Rh+), а не содержащих его – резус-отрицательными (Rh-). После переливания Rh+- крови Rh- - человеку у последнего образуется специфические антитела к резус-антигену – антирезус-агглютиногены. Поэтому повторное введение этому же человеку Rh+- крови может вызвать у него агглютинацию эритроцитов и тяжелый гемотрансфузионный шок. У Rh- матери, вынашивающей Rh+ - плод, организм постоянно иммунизируется резусантигеном плода, диффундирующим через плаценту. При этом у матери происходит образование Rh- агглютининов, которые через плаценту попадают в кровь плода и вызывают агглютинацию и гемолиз его эритроцитов. Высокая концентрация Rh-агглютининов может 126 привести к гибели плода или развитию тяжелого гемолитического заболевания. Особенно в тяжелой форме это проявляется при повторной беременности, поскольку в плазме матери остаются Rh-антитела, выработанные еще при предыдущей беременности. 7.4. Регуляция системы крови В регуляции системы крови (кроветворение, постоянство циркулирующей крови, т.е. морфологического состава и физико-химических свойств плазмы) большая роль принадлежит симпатической и парасимпатической нервной системе. Работа сердца, почек также влияет на просвет сосудистого русла и скорость кровотока. При необходимости организм может включить и долгосрочные механизмы (кроветворение и кроверазрушение), если существуют изменения состава крови. Кроветворные органы (красный мозг, селезенка, лимфатические узлы, лимфатическая ткань кишечника и миндалин) регулируются нейрогуморальным методом. 127 Усиление кроветворения – это раздражение симпатического нерва, а парасимпатическое влияние вызывает обратное влияние на кроветворные органы. Высшим подкорковым центром регуляции кроветворения является гипоталамус. Он отвечает и за физико-химический состав плазмы крови за счет осмотического давления и подключения внешних и внутренних факторов регуляции осмотического давления (усиления или ослабления потоотделения, удовлетворения жажды или солевого голода и т.д.). Постоянство количества сахара в крови обеспечивается образованием гликогена и жира из глюкозы, лишний сахар при этом выводится с мочой. В данном процессе участвует система гипоталамус – гипофиз, которая способствует постоянству физико-химического состава крови. 128 Глава 8. ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ 8.1. Функции сердца Сердце – центральный орган кровообращения, ритмические сокращения которого обеспечивают непрерывный ток крови в замкнутой системе сосудов, т.е. по большому и малому кругу кровообращения. Основными свойствами сердца являются автоматия, возбудимость, проводимость и сократимость. Работа сердца зависит от потребностей организма и регулируется сложными внутрисердечными и экстракардиальными механизмами управления. Сердцебиение – субъективное ощущение ритма сердца - учащение, иногда уменьшение сердечных сокращений, экстрасистолы и другие ощущения. 8.2. Анатомия сердца и сосудов Сердце – это полый мышечный орган весом 250-300 г, находится в околосердечной сумке, 129 образованной соединительной тканью, и состоит их четырех камер: верхняя часть – 2 предсердия (левое и правое) нижняя часть – 2 желудочка, левый и правый. Расположено в левом отделе тела (левом средостении), защищено ребрами и мышцами. Сердце состоит из 3 слоев: эндокарда, миокарда и перикарда. Перикард – это наружная оболочка. Эндокард – это внутренняя выстилка полостей сердца, формирующая клапаны. Миокард – собственно мышца сердца, осуществляющая насосную функцию и перемещающая кровь по сосудам. Миокард самый тонкий и нежный, который при определенных жизненных ситуациях и болезнях страдает в первую очередь. У предсердия стенки более тонкие, чем у желудочков, так как работа их сравнительна невелика. При их сокращении кровь поступает в желудочки. Желудочки, сокращаясь, выталкивают кровь в крупные сосуды, причем стенки левого желудочка толще, чем правого, так как он выполняет больший объем при своей сократительной функции. 130 Сердце имеет свое автономное кровообращение, которое называется коронарным кровообращением, т.е. это по сути 3-й круг кровообращения. Артериальные сосуды, которые питают сердечную мышцу называется коронарными, или венечными. Коронарные артерии находятся в коронарной борозде между предсердиями и желудочками, огибая сердце наподобие короны, или венка, с чем и связано их название. Они отходят от основания аорты и разветвляются в миокарде. Правая венечная артерия снабжает кровью правое предсердие, правый желудочек и задние стенки правого и левого желудочков. Левая венечная артерия, разветвляясь на две ветви, обеспечивает питанием остальные участки миокарда. Венозная система сердца возвращает кровь с повышенным содержанием углекислого газа, продуктами обмена веществ в правое предсердие. Из сердца выходят самые крупные и важные сосуды: аорты из левого желудочка и легочные артерии – из правого. Предсердия имеют также 131 выход в виде легочных и полых вен. Сообщение между предсердиями и своими желудочками осуществляется через клапаны, которые имеют определенную особенность за счет строения своих створок – они или выпускают кровь, или выпускают. Обратного хода в движении нет. Также не сообщаются между собой предсердия и желудочки, т.е левое предсердие не сообщается с правым предсердием. Только предсердие и желудочки. Хотя встречаются анатомические пороки (врожденные), когда есть определенные сообщения между двумя частями сердца или обратный кровоток. Как правило, такой порок исправляется хирургическим путем. Кровеносные сосуды пронизывают все тело человека. Артерии – это крупные сосуды, кровь в них движется от сердца. Они имеют эластичные стенки и гладкие мышцы, поэтому при выбросе крови из сердца под давлением они растягиваются. При удалении от сердца они ветвятся и делятся на тонкие капиллярные сосуды. Через тонкие стенки капилляров, растворенные в плазме крови питательные вещества, проходя тканевую 132 жидкость, попадают в клетки органов и питают их. Собирается кровь в вены и движется к сердцу с небольшим давлением. 8.3. Механизм кровообращения Сердечно-сосудистая система – это единая в анатомическом и генетическом отношении система, в которую входит сердце как главный орган организма, сосудистая кровеносная и лимфатическая системы. Основные функции ССС: 1)снабжение органов и тканей кислородом; 2) снабжение питательными веществами; 3) выведение из органов продуктов жизнедеятельности, т.е. шлаков, после биохимических процессов. Большой круг кровообращения обеспечивает почти все органы тела насыщенной кислородом кровью, а также собирает венозную кровь с органов и приносит ее к сердцу. В малом (легочном) круге кровообращения происходит обогащение крови кислородом. Начинается большой круг кровообращения с систолы (сокращения) левого желудочка «выталкиванием» крови в самую большую 133 артерию – аорту. Ветви аорты снабжают кровью все органы по густой сети артерии и капилляров. По ним кровь поступает ко всем тканям тела, принося кислород и питательные вещества, а из клеток в капилляры переходит углекислый газ. Кровь превращается из артериальной в венозную. Постепенно все капилляры образуют крупную венозную сеть, а затем две большие полые вены. Верхняя полая вена «собирает» кровь от головы, шеи, рук, нижняя – от всех остальных частей тела. Обе вены впадают в правое предсердие. Малый круг кровообращения начинается от правого желудочка. Сокращаясь, он выбрасывает венозную кровь в легочную артерию, которая по двум ветвям направляется к легким. Густо распадающиеся артерии в виде капилляров оплетают легочные пузырьки, где находится атмосферный воздух. На данном этапе кровь обогащается кислородом и становится артериальной, углекислый газ из крови переходит в воздух, находящийся в легких, и при выдохе выбрасывается через ротовую полость и нос. Затем кровь, обогащенная кислородом, собирается в 134 вены. Сливаясь, они образуют четыре легочные вены, впадающие в левое предсердие. Оттуда и начинается большой круг кровообращения. 8.4. Сердечный цикл В сердечном цикле выделяют систолу предсердий, продолжающуюся при частоте сокращений 75уд./мин 0,04-0,07 сек, систолу желудочков (0,3 сек), а также диастолу желудочков (0,5 сек). За 0,1 сек до окончания диастолы желудочков, начинается систола предсердий. Следовательно, диастола предсердий продолжается 0,7 сек. После этого наступает совместная диастола (пауза) предсердий и желудочков, длительность которой составляет 0,4 сек. Желудочки, выполняя большую нагрузку, чаще подвергаются патологическим изменениям в процессе жизнедеятельности. Такие заболевания, как инфаркт миокарда, ишемическая болезнь сердца и другие, чаще всего затрагивают желудочки человека. Как в систоле, так и в диастоле желудочков различают несколько фаз. Такие фазы называются 135 асинхронными и изометрическими сокращениями желудочков. Есть и другое понятие – протодиастолический интервал, который характеризуется выравниваем давления в выносящих сосудах и в желудочках. Все эти циклы продолжаются 0,3 – 0,4 сек. Затем происходит повторный цикл сокращения и расслабления сердца. Сердечный цикл – это ритмическая смена трех фаз: сокращение предсердий, сокращение желудочков и общее расслабление сердца. Фаза общего расслабления (0,4 сек) позволяет сердечной мышце полностью восстановиться после всего сократительного цикла. 8.5. Автоматия сердца Автоматия сократительной функции сердца – это процесс чередования фаз сердечных сокращений, которые обеспечиваются саморегулирующейся системой сердца под названием проводящая система сердца. Эта система представлена скоплением богатых гликогеном мышечных тканей и волокон Пуркинье, которые находятся в области 136 синоатриального узла (предсердно-желудочковой перегородки) и специальных образований, находящихся в толще мышечных стенок левого и правого желудочков. Они носят название волокон пучка Гиса. Сам процесс сокращения сердца начинается от первичного водителя Ритам (синоатриального узла, расположенного в устье полых вен), и далее возбуждение распространяется по стенке правого предсердия к атривентрикулярному узлу – вторичному водителю ритма. Далее по пучку Гиса возбуждение охватывает мышечные волокна Пуркинье по сердечным мышцам, которые способны к ритмическому сокращению. Проводящая система сердца регулирует ритмические сокращения изолированного сердца. Способность сердца к ритмическим сокращениям под влиянием импульсов называется автоматизмом сердечной деятельности. Отделы сердца сокращаются последовательно и не зависят порой от деятельности нервной системы. 137 При автоматии сердечной деятельности участвуют и другие сложные механизмы, включая биохимический процесс, происходящий в межклеточных дисках и мембранах. Этот процесс вызывает электрическую активность клеток, которая регистрируется при кардиологических исследованиях. При сокращении сердечной мышцы прослушиваются тона. Первичный тон – систолический. Он, как правило, глухой, низкочастотный и продолжительный. Второй тон – диастолический, более высокий и короткий. Этот звук совпадает с закрытием полулунных клапанов после окончания систолы.Возбудимость отдельных частей сердца неодинакова. Она зависит от работы сердечной мышцы, т.е. от мощности сердечных сокращений. Чем динамичней и тяжелей работа, тем больше усилий требуется для обеспечения органов кровью. Сердечная деятельность включает 7 циклов: 1) систола предсердий; 2) фаза изометрического напряжения желудочков; 3) фаза быстрого изгнания; 4) фаза медленного изгнания; 5)фаза изометрического расслабления желудочков; 6) 138 фаза быстрого наполнения; 7) фаза медленного наполнения. 8.6. Гемодинамика сердца Минутный объем крови (МОК) – количество крови, выбрасываемое сердцем за 1 минуту. У здоровых людей в состоянии покоя он равен 3-4,5 литра. Выброс крови в систему большого круга кровообращения может меняться от 3 л/мин в покое до 25-30 л/мин при тяжелой физической нагрузке. При этом следует учитывать частоту сердечных сокращений, пол, возраст, степень физической подготовленности, внешние условия и т.д. Сердечный выброс (СВ) – это общее количество крови, выбрасываемое сердцем в единицу времени. Объем крови, выбрасываемый за одно сокращение, называется за одно сокращение, называется ударным объемом (УОС). Кровяное давление – давление движущейся по сердечно-сосудистой системе крови, обусловленное работой сердца, сопротивлением стенок сосудов и гидростатическими силами. Различают кровяное давление в полостях самого сердца, артериальное, капиллярное и венозное. 139 Артериальное давление обусловлено силой сердечного выброса, объемом кровотока, эластическим сопротивлением сосудов. Во время систолы давление в артериальных сосудах максимально возрастает, во время диастолы оно падает. Различают показатели систолического и диастолического давления. Давление, как правило, измеряют на плечевой артерии по методу Короткова с использованием ручных, автоматических тонометров. Разница между двумя давлениями составляет 35-40 мм.рт.ст. В норме у взрослого человека в условиях покоя систолическое (максимальное) давление составляет 110-125 мм.рт.ст. а диастолическое (минимальное) 70-85 мм.рт.ст. Ночью эти показатели наименьшие – сердечная мышца «отдыхает». Днем, когда человек находится в движении или выполняет определенные нагрузки, систолическое давление может колебаться от 60 до 150 мм.рт.ст., а диастолическое от 30 до 100 мм.рт.ст. Артериальное давление зависит от объема крови, поступающей в кровяное русло, и 140 сопротивления оттоку, которое наблюдается в мелких сосудах. Величина венозного давления вне грудной полости составляет 5 – 9 мм.рт.ст., а в венах грудной полости оно близко к атмосферному и зависит от фаз дыхания. В результате сокращений сердца кровь нагнетается в сосудистое русло по законам гидродинамики. В процессе движения на нее оказывает влияние и эластичность сосудов. По венам кровь движется за счет присасывающего действия грудной клетки, сокращения грудных мышц, а также наличия в крупных венах клапанов, которые препятствуют обратному току крови. Показатели гемодинамики характеризуют объем и скорость кровотока и в целях диагностики рассчитываются по специальным формулам. Эти показатели увеличиваются в 12-15 раз при огромных физических нагрузках и эмоциональных стрессах. 8.7. Лимфообращение и иммунная система Лимфатическая система – это разветвленная система сосудов с расположенными по их ходу лимфатическими узлами, которая вместе с венами 141 обеспечивает дренаж органов тела. При лимфообращении происходит всасывание из тканей воды и растворенных в ней кристаллоидов, резорбция из тканей невсасывающихся в кровеносных капиллярах коллоидных растворов и белковых веществ, эмульсий липоидов, а также взвесей инородных частиц, появляющихся в тканях в патологических условиях. Движение лимфы направлено вверх к крупным венам в основании шеи, где лимфа вливается через сосуды в кровь. А сама лимфа представляет собой прозрачную желтоватую жидкость, находящуюся в лимфатических узлах и в самой лимфатической системе. За счет лимфообращения осуществляется отток межтканевой жидкости по направлению к сердцу. Проходя через лимфоузлы, лимфа проходит биологическую фильтрацию. Кроме этого, лимфа поддерживает белковый гомеостаз крови и движется только в одном направлении – от тканей и органов в венозную систему сердца. Многие элементы лимфатической системы играют важную роль в защите организма: лимфатические узлы, селезенка, тимус, 142 миндалины и некоторые разбросанные по телу островки ткани. Иммунная система – это взаимодействующие лейкоциты - лимфоциты (Тклетки и В-клетки). Путь этих защитных клеток начинается в костном мозге. В-клетки остаются в нем, пока не достигнут зрелости, а Т-клетки переходят в тимус и только здесь приобретают окончательную форму. Зрелые клетки обоих типов направляются в лимфатические узлы, селезенку и другие такни. Здесь они могут перехватывать бактерии, вирусы и все, что они распознают как чужеродное или аномальное, например зараженную или опухолевую клетку. 8.8. Регуляция сердечной деятельности Сократительная деятельность сердца зависит от условий среды и состояния организма человека. Снабжение кровью органов и систем организма в период покоя и физических нагрузок может изменяться. Это происходит рефлекторно с участием вегетативной (автономной) нервной системы. Симпатическая система стимулирует сердечную функцию. Парасимпатическая система оказывает противоположное влияние – замедляет 143 и ослабляет его сократительную деятельность, включая возбудимость и проводимость импульсов. При эмоциональном возбуждении и напряженной мышечной работе в деятельность сердца вступают не только условно рефлекторные раздражители, но и гуморальная регуляция. Гуморальная регуляция связана с гормоном надпочечников – адреналином, - солями кальция и другими веществами, которые усиливают и учащают сердечные сокращения. Биологические активные вещества и соли калия, находящиеся в организме, могут вызвать противоположное действие на работу сердца. Следовательно, нервная и гуморальная регуляция обеспечивает приспособительную деятельность сердца к различным условиям, в которых может находиться человек. 144 Глава 9. СИСТЕМА ДЫХАНИЯ Без пищи человек может обходиться неделями, без воды в течение нескольких дней, но лишенный постоянного притока кислорода он погибает уже через несколько минут. При дыхании человек поглощает из среды обитания кислород и выделяет в нее углекислый газ. С помощью системы дыхания клетки организма получают энергию, прежде всего кислород для окисления органических веществ. Кровь обогащается кислородом в легких в результате легочного газообмена. Затем она разносится кровью в клетки органов и тканей. В результате окисления в клетках образуются углекислый газ и вода, которые удаляются из организма в процессе выдоха. Таким образом, назначение дыхательной системы состоит в том, чтобы доставлять необходимый клеткам кислород и удалять углекислый газ. В дыхательной системе различают две части: дыхательные, или воздухоносные, пути, по 145 которым перемещается кислород и углекислый газ, и легкие, где происходит газообмен. 9.1. Бронхиальное дерево. Анатомия легких и воздухоносных путей Дыхательная система напоминает перевернутое дерево. «Ствол» его начинается в носовой полости, через которую при нормальном дыхании поступает вдыхаемый воздух. Далее воздух проходит через глотку и гортань. Здесь имеется надгортанник, действующий как клапан: при глотании он перекрывает гортань, чтобы пища попадала не в нее, а в пищевод. Из гортани воздух проникает в длинную гибкую трубку – трахею, называемую также дыхательным горлом. В нижней части трахея разветвляется на два бронха, которые войдя в легкие, снова разветвляются на бронхи 2-го, 3-го порядка и т.д. На кончиках самых тонких веточек находятся гроздья пузырьков – альвеол. В оплетающих альвеолы капиллярах кислород поступает в кровь, а углекислый газ выходит из нее. На пути от носа до альвеол вдыхаемый воздух согревается, увлажняется при соприкосновении со слизистой 146 выстилкой дыхательных путей и благодаря ресничкам освобождается от различных посторонних частиц и бактерий. Легкие представляют собой светло-розовый губчатый «мешок» треугольной формы, занимающий большую часть грудной клетки. Каждое легкое состоит из долей, причем левое из двух, правое – из трех долей. В каждом легком 300-350 млн легочных пузырьков, которые формируют губчатую массу легких. Каждый пузырек легких окутан легочными капиллярами, и здесь же происходит обогащение кровью кислородом и выведение СО2 в период выдоха. Снаружи легкие покрыты соединительной тканью (легочная плевра), внутренняя стенка грудной полости выстлана пристеночной плеврой. Между ними находится плевральная полость, которая увлажнена и не содержит воздуха. Эта полость способствует прижатию легких к грудной стенке. Объем легких зависит от объема грудной полости. 147 9.2. Физиология дыхания В дыхании участвует ряд мышц. Схематично процесс дыхания начинается, когда воздух вдыхается через рот или нос, согревается и увлажняется в носовых ходах и гортани. По трахее в бронхи, по бронхиолам в альвеолярные мешочки. Здесь происходит газообмен между легкими и кровью. Вдох происходит за счет сокращения дыхательных мышц и увеличения объема легких. При этом ребра двигаются вверх и раздвигаются, диафрагма при этом опускается, становится более плоской. Создается отрицательное давление в межплевральной полости, что способствует расширению грудной клетки, и воздух втягивается в легкие. Процесс выдоха происходит на фоне расслабления дыхательных мышц. Ребра двигаются вниз и сжимаются, а диафрагма поднимается, что способствует сжиманию грудной клетки и выталкиванию воздуха. В покое человек совершает около 16 дыхательных движений в 1 мин., при духоте или в помещении частота дыхания возрастает в два и 148 более раз за счет раздражения нервных клеток дыхательного центра углекислым газом, количество которого увеличивается в крови при экстремальном состоянии (нехватка кислорода при дыхании). Тип дыхания зависит от возраста, пола и вида трудовой деятельности человека. У мужчин, как правило, брюшной тип дыхания, у женщин – грудной тип. Эффективность внешнего дыхания зависит от величины легочной вентиляции (объем воздуха, проходящий по дыхательным путям), частоты и глубины вдыхаемого воздуха. При спокойном вдохе в легкие поступает около 500 см3 воздуха и столько же удаляется при выдохе. Этот объем называется дыхательным. После нормального вдоха человек способен вдохнуть еще 1500-2000 см3 воздуха – это так называемый дополнительный объем вдоха. После спокойного выдоха можно дополнительно выдохнуть около 1500 см3 воздуха. Это дополнительный объем выдоха. Наибольший объем воздуха после глубокого вдоха, который 149 можно выдохнуть, составляет в среднем 3500 см3 и называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ равна суммарной величине дыхательного и дополнительного объемов вдоха и выдоха. Легочная вентиляция в покое составляет 5 – 6 дм3, а при большой физической нагрузке она возрастает до 150 дм3 в минуту. Общая емкость легких (ОЕЛ) – это объем воздуха, содержащийся в легких на высоте максимального вдоха, он равен ЖЕЛ плюс остаточный объем легких. Минутный объем легких (МОВ) – объем воздуха, проходящий через легкие за 1 мин. Максимальная вентиляция легких (МВЛ) – объем воздуха, проходящий через легкие за 1 мин при максимально возможной глубине и частоте дыхания. Данный показатель зависит от возраста, пола, сила грудных мышц, а значит, от совершаемых человеком больших физических усилий. 9.3. Регуляция дыхания Центральным регулятором дыхания является дыхательный центр, который представляет собой 150 нервные образования, расположенные на различных уровнях ЦНС. Основные ядра дыхательного центра находятся IV желудочка (вдыхательный и выдыхательный центр) и варолиевом мосту (центр регуляции частоты дыхания). Афферентное влияние на дыхательный центр происходит по центростремительным волокнам блуждающего нерва, а эфферентные импульсы дыхательного центра передаются на дыхательные мышцы и диафрагму через мотонейроны спинного мозга. Растяжение стенок альвеол при вдохе сопровождается ускоренной посылкой импульсов по блуждающему нерву в центр выдоха. Центр определяет величину объема воздуха. Диффузия кислорода в кровь происходит до и после окончания вдоха. Гуморальная регуляция дыхания осуществляется изменением возбудимости дыхательного центра при воздействии химических раздражителей или биологически активных веществ, поступающих в кровь. 151 Избыток СО2, например, снижает величину легочной вентиляции за счет действия хеморецепторов, расположенных в продолговатом мозгу. А недостаток кислорода вызывает усиление дыхания рефлекторно. Кислородную недостаточность, выражающуюся в проявлениях гипоксии, нельзя недооценивать, особенно в период вахтового труда в горных широтах, условиях Крайнего Севера или невесомости. 152 Глава 10. ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Питательные вещества – продукты растительного и животного происхождения, которые при расщеплении в пищеварительном тракте способны сохранять энергетическую ценность и обеспечивать жизнедеятельность организма. Вода, минеральные вещества и витамины усваиваются организмом, а жиры, крупные молекулы белков и углеводов подвергаются химической обработке при переваривании. Антиоксиданты – вещества, способные блокировать повреждающее действие окислительных процессов. Окисление – химическая реакция, в результате которой ржавеет железо, горит древесина, а в организме человека образуется свободные радикалы. При накоплении свободных радикалов в клетке они могут повреждать структуру ДНК и других клеточных компонентов. Исследования показали, что такой вид повреждения способствует процессам 153 старения и может стать фактором, повышающим риск сердечно-сосудистых заболеваний. Антиоксиданты изменяют структуру свободных радикалов, тем самым блокируя их действие. Желтые, оранжевые и темно-зеленые фрукты и овощи содержат в себе много антиоксидантов, включая витамины А,С и Е. 10.1. Строение и функции органов пищеварения Система органов пищеварения состоит из пищеварительного тракта и пищеварительных желез. Пищеварительный тракт состоит из следующих отделов: - ротовая полость; - глотка; - пищевод; - желудок; - тонкий кишечник; - толстый кишечник, заканчивающийся прямой кишкой и анальным отверстием. 154 Желудок и кишечник образуют желудочнокишечный тракт (ЖКТ). Стенки пищеварительного канала снаружи покрыты плотной соединительной тканью. Средний слой представлен слоем гладких мышц. Эти мышцы, как и мышцы сердца, сокращаются непроизвольно. Внутренний слой представлен слизистой оболочкой, состоящей из эпителиальной ткани. Слизистая имеет складчатую поверхность с большим содержанием желез, вырабатывающих и выбрасывающих в полость канала пищеварительный сок. Наиболее крупные железы, которые участвуют в процессе пищеварения, это три пары слюнных желез, печень и поджелудочная железа. Механическая и химическая обработка пищи происходит в ротовой полости. Затем пища волнообразными движениями заглатывается в гортани, попадает в пищевод и в желудок. Расщепляясь, пища поступает в двенадцатиперстную кишку (при участии желчи и субстрата поджелудочной железы) и тонкую кишку. 155 Большая часть переваренной пищи всасывается в кровь через стенку тонкой кишки. Из тонкого кишечника пища поступает в толстую кишку. Здесь всасывается вода и образуется твердый каловый ингредиент (отходы деятельности органов и систем организма), которые через прямую кишку (через анальное отверстие) выделяется рефлекторно наружу при акте дефекации. Как правило, углеводы перевариваются в ротовой полости, пищеводе, желудке и тонкой кишке. Белки – в желудке и тонкой кишке, жиры – в тонкой кишке, а вода всасывается в толстой кишке. Пищеварительная система выполняет не только пищеварительные функции, заключающиеся в моторной (двигательной) деятельности, обеспечивающей механическое измельчение, перемешивание с пищеварительными секретами и перемещение пищи по ЖКТ, но и непищеварительные функции: 156 1. защитная – барьерная преграда для непереваренной пищи, а также для бактерий и микробов; 2. выработка пищеварительных соков как бактерицидного «санитара» пищеварительной системы; 3. усиление иммунной системы, представленное миндалинами глотки, слизистой желудка и кишечника, включая червеобразный (слепой) отросток, которые блокирует действие микроорганизмов, пагубно действующих на организм; 4. выработка естественных антител при контакте пищевых масс с кишечной флорой; 5. метаболическая функция – кругооборот эндогенных веществ и повторное их использование; 6. экскреторная (выделительная) функция, заключающаяся в выделении из крови продуктов обмена веществ (мочевина, аммиак) и других веществ, водимых в организм (токсические вещества при 157 дыхании, лекарственные вещества при диагностике и лечении); 7. эндокринная – выделение гормонов (инсулина, глюкозы, гастрина, пептидов и других) в пищеварительную систему. 10.2. Физиология переваривания Первоначальный акт пищеварения начинается в ротовой полости, где происходит механическая обработка (размельчение, растворение и образование пищевого комка) пищи. Здесь с участием слюнных желез выделяется слизистая слюна (из стенок ротовой полости), богатая муцином. Серозная слюна выделяется околоушной железой, а подчелюстные железы выделяют смешанную слюну. Акт глотания. Пищевой комок, который передвигается к корню языка в результате глотательных движений, попадает в глотку, затем в пищевод и в желудок. На данном этапе просматривается влияние вкусовых, тактильных и температурных рецепторов, которые при раздражении пищевым комком или порцией слюны вызывают поток центростремительных 158 импульсов, достигающих центра глотания (продолговатый мозг). Оттуда с участием тройничного, подъязычного, блуждающего и языкоглоточного нервов информация поступает к мышечному аппарату ротовой полости (гортани и щетки). Он «способствует» продвижению пищевого комку и завершению акта глотания. Следующий этап – пищеварение в желудке. Пищеварение в желудке (гидролиз) зависит от химического состава и количества пищи, принятой человеком. В желудке пища может находиться от трех до десяти часов. Затем происходит химическое воздействие с участием протеаз, липаз и соляной кислоты, которые входят в состав желудочного сока. Они расщепляют белки до полипептидов, жиры – до пиперина и жирных кислот. Желудок человека выделяет до 2, 5 л желудочного сока в сутки. Он состоит из воды (до 99,5%), слизи и плотных органических и неорганических веществ (до 1%). Соляная кислота является основным неорганическим компонентом. Желудочный сок имеет резко выраженную кислотную реакцию (рН 1-1,5). Органические 159 компоненты в нем представлены азотсодержащими веществами небелкового происхождения (мочевина, креатин, мочевая кислота), белками и мукоидами. В кишечнике пищевые массы (химус) подвергаются гидролитическому действию с участием ферментов. Здесь же продолжается и механическое воздействие на пищу с помощью круговой и продольной мускулатуры тонких кишок. Колебания кишечника за счет сокращения, укорачивания и расслабления напоминают маятникообразные движения (от 3 до 6 сек.). Этот физиологический процесс автоматии гладкой мускулатуры кишечника называется перистальтикой кишечника. Перистальтика происходит при участии блуждающего и чревного нерва. Пищеварение в двенадцатиперстной кишке является центральным, так как в ее полость поступают панкреатиновый сок, желчь, собственные ферменты, что способствует дальнейшему перевариванию. Здесь происходит 160 нейтрализация кислого химуса за счет секреции поджелудочной железы. Панкреатиновый сок фермент поджелудочной железы. Он выделяется при поступлении пищи в двенадцатиперстную кишку. Панкреатиновый сок представляет собой прозрачную жидкость щелочной реакции (рН 7,5 – 8,8) с содержанием большого количества воды (до 98,7%) и ферментов, способных принимать участие в переваривании белков, жиров и углеводов. Желчь принимает участие в снижении щелочности пищи до рН 4-6. Поступившие с пищей белки расщепляются до аминокислот и всасываются в кровь, так же как и конечный продукт жиров. Желчь активирует переваривание жиров, превращая их в эмульсию. Углеводы расщепляют крахмал до полисахаридов, а молочный сахар до лактозы, там же с помощью нуклеаз происходит расщепление нуклеиновых кислот. Процесс пищеварения заканчивается в толстом кишечнике, который секретирует слизь. В толстом кишечнике происходит сбраживание 161 углеводов и гниение белков. При гниении (с участием бактерий толстой кишки) образуются продукты ядовитых веществ – индол, скатол, фенол. Они также всасываются в кровь, но обезвреживаются в печени, так как данный орган выполняет барьерную функцию, «фильтруя» ядовитые вещества, превращая их в безвредные для организма. В толстом кишечнике завершается процесс всасывания воды, и формируются каловые массы. Дефекация является рефлекторным актом, обеспечивающим опорожнение толстой кишки от каловых масс. Это происходит при согласовании моторной деятельности мышц прямой кишки и ее внутреннего и наружного сфинктеров. Спинальный центр дефекации расположен в пояснично-крестцовом отделе спинного мозга при участии симпатических, парасимпатических и соматических нейронов. Весь процесс дефекации контролируется корой большого мозга. При повреждении спинного мозга выше крестца рефлекс дефекации сохраняется, но становится 162 неуправляемым. В норме у здорового человека акт дефекации происходит один раз в сутки. 10.3. Значение печени и желчи в пищеварении Желчь вырабатывается печенью, которая является самой крупной железой, выполняющей очень важные функции для организма. Она расположена в правом подреберье и при диагностике прощупывается, как правило, на 1 - 2 см безболезненно. Структурно-функциональными единицами печени являются около 500 тыс. долек железистой структуры. Через воротную вену и печеночные артерии кровь поступает в печень из органов пищеварения. Пищеварительные функции печени связаны с выделением желчи (от 0,6 до 1,5 литров в сутки). В период приема пищи выделение желчи усиливается. Желчь представляет собой золотистую жидкость (рН до 8,0), содержащую желчные кислоты, желчные пигменты, холестерин, неорганические соли, жирные кислоты, мочевину, 163 витамины, витамины А, В, С и различные ферменты. Функции желчи: 1. нейтрализация соляной кислоты желудочного содержимого, которая усиливает активность ферментов поджелудочной железы (трепсина, амилазы и липазы); 2. эмульгация жиров; 3. угнетение кишечной флоры, тем самым предупреждая гнилостные процессы в толстой кишке. Регуляция желчеобразования (холерез) усиливается воздействием блуждающего нерва, а угнетается симпатическим нервом. Рефлекторно желчь начинает выделяться через 3 – 12 минут после начала приема пищи, когда начинают действовать возбужденные рецепторы желудка, тонкого и толстого кишечника. Весь процесс происходит как условнорефлекторный. Регуляция желчевыведения (холекинез) начинается с восприятия запаха пищи, а сам акт 164 питания – это уже начавшийся процесс выброса желчи в двенадцатиперстную кишку и повышение активности мышц сфинктера. Пик выделения желчи приходится на 7-10-ю минуту после приема пищи и длится до 6 часов. 10.4. Регуляция системы пищеварения В изучении регуляции пищеварения особая роль принадлежит академику И.П. Павлову, который при помощи своих классических экспериментов на собаках изучил и разработал новые методы физиологического обоснования пищеварения. При чувстве голода происходит возбуждение пищевого центра (гипоталамус и лимбическая система), а пищевые вещества (глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты), находящиеся в крови (голодная кровь), способствует формированию потребности в пище за счет поведенческих рефлексов. Гипоталамус как высший подкорковый центр вегетативной регуляции через симпатическую и парасимпатическую нервную систему управляет функцией пищеварительной системы. 165 В выделении секретов слюнными железами, желудочного сока, желчи, пищеварительных желез, поджелудочного сока, в различных фазах кишечного пищеварения наряду с гуморальной иннервацией всего процесса пищеварения участвуют и активно влияют на данный процесс гормоны, ферменты, присутствующие в соках и сегментах желез. Высшим подкорковым центром регуляции кишечного пищеварения является гипоталамус и так называемая «голодная кровь». Существует понятие «формирование пищевой доминанты» - истощение в организме пищевых ресурсов (жировые и углеводные ресурсы). Человек без пищи может прожить до 30 дней и больше при наличии таких депо (ресурсов), но, как правило, человек принимает задолго до истощения этих ресурсов. 166 Глава 11. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Поступающие в организм продукты питания и вода расщепляются в пищевом канале до более простых веществ и затем всасываются в кровь и лимфу. Далее они поступают в клетки, где происходит биосинтез белков, жиров и углеводов. Расщепление сложных органических соединений происходит там же. Выведение шлаков происходит постоянно в процессе дыхания, дефекации, с мочой и потом. Весь процесс происходит под контролем ферментов и гуморальным путем. Следовательно, обмен веществ характеризуется сложной совокупностью поступления и превращения питательных веществ в организм, использования их в процессе ассимиляции и диссимиляции и выведении шлаков в окружающую среду. Анаболические и катаболические процессы взаимозависимы. При повышенных физических и профессиональных нагрузках, в экстремальных условиях труда идет усиление анаболических 167 процессов, как и в период, когда организм восстанавливается. Усиливается катаболизм, что является предпосылкой к введению дополнительной энергии с целью повышения уровня работоспособности организма. 11.1. Обмен белков Белки (протеины) являются основным строительным материалом клеток, а также это основные поставщики кислорода. Белки способствуют работе мышц, принимают участие в иммунных процессах организма. За полгода жизни в организме человека происходит половина обновления структурных белков. Коэффициент изнашиваемости характеризуется количеством белка, распадающегося за сутки при безбелковой диете, но достаточной калорийности. Он равен примерно 20 г белка в сутки. Белковый минимум – количество белка в пище, при котором поддерживается азотистое равновесие. В условиях покоя он равен 40 г в сутки. Под белковым оптимумом понимается полное обеспечение с пищей белка, которое гарантирует высокую 168 работоспособность и повышенный иммунный вариант защиты организма при экстремальных ситуациях. Он равен не менее 1г на кг массы в сутки. Количество белка, необходимое для нормального функционирования организма, должно быть 55 – 60% (животного происхождения) от общего количества белка. Основным показателем в нормальной потребности белка является азотистое равновесие (количество поступившего в организм азота соответствует количеству азота, выводимого с мочой). При увеличении содержания белка в организме может наступить состояние, когда поступивший в организм азот превышает количество азота, выводимого с мочой, в таком случае говорят о положительном азотистом балансе. Такие периоды, как рост организма, состояние после голода, при беременности, после большой физической нагрузки и после болезни, соответствуют данному состоянию. Регуляцию обмена веществ осуществляет гормон щитовидной железы. Инсулин, тестостерон 169 и эстроген также стимулируют синтез белка в организме. Глюкокортикоиды усиливают распад белков и стимулируют синтез белка в печени. Высшим подкорковым центром регуляции обмена веществ является гипоталамус, который через систему гипоталамус – гипофиз – щитовидная железа регулирует белковый обмен. 11.2. Обмен жиров Жиры, поступающие в организм с пищей, расщепляются в пищеварительном тракте до глицерина и жирных кислот. Затем они попадают в лимфу и кровь. Основные функции жиров: энергетическая (способность сохранять температуру тела и освобождать энергию при окислении), пластическая (образуются клеточные структуры, ядра биологически активных веществ, гормоны, витамины А и Д), защитная (предохраняет кожу от высыхания, переохлаждения и механического воздействия) и депонированная (резерв энергии и воды). При окислении 100 г жира образуется 110 г воды и освобождается 930 ккал энергии. 170 Организм человека испытывает потребность в растительных жирах и жирах животного происхождения. Оптимальный вариант следующий: 70% животных жиров и 30% растительных. Следует учесть, что энергозатраты организма должны покрываться в 30% случаев за счет жиров. Недостаток жиров в организме грозит поражением кожи и волос, нарушаются функции органов и систем. Есть угроза развития атеросклеротических изменений сосудов, как и при избыточном потреблении жиров. Ожирение – это фактор риска сердечно-сосудистых заболеваний и их осложнений. Адреналин, норадреналин, тироксин, гормон роста, глюкокортикоиды мобилизуют депонированный жир, особенно в период больших физических нагрузок. Высшим подкорковым центром регуляции жиров также является гипоталамус, который оказывает влияние на гормональную функцию гипофиза, щитовидной, поджелудочной и половых желез, участвующих в жировом обмене в организме. 171 11.3. Обмен углеводов Углеводы выполняют в организме энергетическую и пластическую функции. Сложные углеводы расщепляются уже в пищеварительном тракте до простых (глюкозы) и всасываются в кровь. Уровень содержания глюкозы в крови (0,100-0,110 мг%) регулируется инсулином, являющимся гормоном поджелудочной железы. Если существует избыток сахара в крови (гипергликемия выше 180 мг%), с помощью инсулина он превращается в животный крахмал гликоген, запасы которого содержатся в депонированном состоянии в печени и мышцах. При недостатке инсулина происходит накопление глюкозы в крови, и это грозит тяжелыми последствиями для организма в виде сахарного диабета. При данном заболевании введение гормона инсулина является обязательным и спасительным актом, если даже избыток сахара выводится с мочой. Потребность организма в углеводах примерно 400 г в сутки. Если углеводы поступают в недостаточном количестве (гипогликемия до 50-60 172 мг), происходит снижение уровня глюкозы в крови. Это первые симптомы (чувство голода, снижение работоспособности, вялость) того, что организм «нуждается» в пополнении запасов углеводов, и если этого не происходит, может наступить гипогликемическая кома. Избыток поступления углеводов в организм может «обеспечить» ожирение, развитие атеросклероза. Регуляция обмена углеводов способствует инсулин, который повышает проницаемость мембранных клеток для глюкозы, стимулируя синтез гликогена в печени и мышцах. Он же способствует синтезу жиров из углеводов, снижая содержание глюкозы в крови. Кроме этого, такие гормоны, как адреналин, норадреналин, тироксин и другие, увеличивают содержание глюкозы в крови. Таким образом, за регуляцию обмена углеводов, а именно за процесс катаболизма, ответственна симпатическая нервная система, а за процесс анаболизма – парасимпатическая нервная система. 173 11.4. Обмен воды, минеральных веществ и витаминов Организм человека постоянно нуждается в пополнении водой и минеральными солями. Масса человека на две трети состоит из воды и на 0,9% из минеральных веществ. Вода содержится в лимфе, крови и пищеварительных соках. Вода и минеральные вещества обеспечивают постоянство внутренней среды и процесс жизнедеятельности. Весьма важная роль в обмене веществ принадлежит минеральным солям. Такие соли, как натрий хлор, играют важную роль в поддержании кислотного равновесия крови. Суточная потребность составляет 10-12 г поваренной соли. Половина натрия, которая поступает в наш организм через пищу, выводится с мочой. Избыток депонируется в коже и подкожной жировой клетчатке. Кальций и фосфор являются составляющими костной ткани. Недостаток эти веществ ощущается в детстве (рахит), при беременности и в старости (ломкость-хрупкость костей), поэтому в данный 174 периоды необходимо увеличить поступление кальция с 1 г до 4-5 г в сутки. Фосфор участвует в окислительных процессах, например глюкозы. Потребность его в сутки колеблется от 1,5 до 2 г. Калий содержится в цитоплазме клеток и формирует ее живой потенциал. Недостаток калия (гипокалиемия) приводит к нарушениям сократительных свой1ств сердечной мышцы. Суточная потребность его составляет 2 – 3 г. Основные микроэлементы (медь, железы, цинк, фтор, йод, бор, кобальт и др.), необходимые организму, поступают с пищей. Для поддержания водного баланса ежедневно необходимо 2,5 – 3,0 литра воды. При ее избытке происходит нагрузка на сердце, так как происходит увеличение объема циркулирующей крови. Усиливается потоотделение и мочевыведение. Происходит потеря солей и витаминов, что ослабляет деятельность систем и приводит к ослаблению организма. Витамины участвуют в различных химических реакциях, лежащих в основе обмена 175 веществ. Содержание витаминов в организме обеспечивает нормальное функционирование всех систем, недостаток ведет к развитию нарушений со стороны органов и систем. Витамины и минеральные соли в больших количествах содержатся в овощах и продуктах питания. 11.5. Обмен энергии при профессиональной деятельности Процесс обмена веществ в организме происходит при превращении высокомолекулярных соединений в низкомолекулярные. Освобождающаяся при гидролизе углеводов, жиров и белков энергия используется для процессов, происходящих в организме. Часть энергии растрачивается на сохранения тепла и зависит от характера обмена веществ, а также температуры среды обитания и выполнения определенной деятельности в данный период времени. Для сохранения энергетического баланса организм должен пополняться калорийными питательными веществами в нужном объеме для осуществления профессиональной деятельности человека. 176 Существует два вида оценки энергетического обмена при профессиональной деятельности. Основной обмен – это энергетические затраты в условиях покоя, 12 – 16 час после приема пищи, в положении лежа. Энергия основного обмена, расходуется только на обеспечение жизнедеятельности организма и поддержания температуры тела. Он равен, как правило, 4,2 кДж на 1 кг массы тела. На основной обмен влияют нарушения пищевого достатка, температура среды, ответственные работы и переживания. Рабочим обменом называют основной обмен и дополнительный расход энергии, в которых принимает участие своей деятельностью человек с учетом различных неординарных ситуаций среды обитания, обеспечивающий при этом нормальное функционирование организма. Энерготраты при различных видах деятельности зависят от напряженности и продолжительности труда. При тяжелом физическом труде энерготраты увеличиваются в 56 раз. Не каждый человек по своим функциональным и психофизиологическим 177 возможностям способен к нагрузкам высокой интенсивности. Решающими факторами здесь выступают тренированность, адаптационные возможности, терпение. Обязательна огромная личностная мотивация. Потребность организма в энергии определяется профессиональной деятельностью, т.е. требуются энергетические затраты, которые организму необходимо восполнить для нормального функционирования. Восполнение затраченной энергии зависит от калорийности и сбалансированности питания с большим содержанием количества воды, минеральных солей и витаминов. 178 Глава 12. ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА Гормоны совместно с нервной системой регулируют множество функций организма и оказывают воздействие на поведение. Нарушение одной из них приводит к определенным расстройствам организма. Эндокринные железы (железы внутренней секреции) – регулируют обмен веществ, рост, половое развитие, усиливают или ослабляют функции отдельных органов и систем организма. К железам внутренней секреции относятся: щитовидная железа (тиреоидная железа), поджелудочная железа (панкреатическая), эпифиз (шишковидная), гипофиз (состоящий из трех долей), вилочковая железа (тимус или зобная железа), околощитовидная (паратиреоидная), надпочечники, половые железы (семенники у мужчин и яичники у женщин). 12.1. Гормональная патология Важность познания различных гормональных заболеваний необходима для инженера в процессе 179 всей профессиональной деятельности, а также для определенных знаний воспитания детей в семье и взаимоотношений с людьми на работе. Влияние гормонов желез внутренней секреции на поведенческие реакции при профессиональных контактах весьма существенно. Необходимо запомнить, что в период конфликтных ситуаций или в момент стресса происходят изменения поведения человека, бледность или резкое покраснение лица с обильным потоотделением, сердечными болями, обмороками или бурной реакцией с выраженной агрессией. Все выше перечисленные реакции организма происходят при участии желез внутренней секреции, т.е. выброса в кровь гормонов. Нарушение функций гипофиза вызывает нарушение роста (появление великанов, карликов); нарушение функций щитовидной железы может вызвать рост железистой ткани и образование зоба, замедлить или ускорить обменные процессы в организме; нарушение функций поджелудочной железы – вызывает диабет, а нарушение функций 180 надпочечников вызывает болезнь Аддисона (бронзовая болезнь), слабость и потерю в весе. 12.2. Гормональные системы Эндокринная система выполняет не только регуляцию физиологических функций, она является сложной системой нейрогуморальной регуляции. Гормоны подразделяются (по биологическому составу) на стероидные, белковопептидные и производные аминокислот. Гормоны обладают высокой чувствительностью и избирательной чувствительностью. Попадая в кровь, гормоны воспринимаются рецепторными клетками поразному, и только определенные гормоны, хотя их выбрасывается довольно много железами внутренней секреции. Такие гормоны, как адреналин, норадреналин и пептидные гормоны, относятся к плохо проникающим через клеточную мембрану. Реализация деятельности таких гормонов происходит с помощью «биохимических посредников». 181 Система гипоталамус-гипофиз-надпочечники является главенствующей в физиологических функциях человека. Гипоталамус выполняет роль высшего подкоркового эндокринного регулятора. Он стимулирует образование тропных гормонов гипофиза, снижая биосинтез гормона роста и выход его из клеток гипофиза. Гипофиз непосредственно связан с ядрами гипоталамуса и также является регулятором эндокринных функций. Гипофиз состоит из нейрогипофиза и аденогипофиза. Нейрогипофиз является транспортным путем для передачи двух гормонов из гипоталамуса. В аденогипофизе вырабатывается шесть гормонов (адренокортикотропный, антидиуретический, фолликулостимулирующий, соматотропный, лютеинизирующий, тиреотропный). Четыре из них регулируют деятельность других эндокринных желез, остальные два оказывают ключевое воздействие на органы половой системы. Надпочечники – это парные образования, расположенные на верхних полюсах почек. Кора 182 надпочечников состоит из трех зон (клубочковая наружная, пучковая и сетчатая), которые вырабатывают разные гормоны, выполняющие различные и весьма важные функции в жизнедеятельности организма. 12.3. Гормоны щитовидной и паращитовидной желез Щитовидная железа регулирует белковый обмен. Она состоит из железистых фолликул и парафолликулярной ткани. Гормонами щитовидной железы являются тироксин, трийодтиронин и кальцитонин (регулятор кальциевого обмена). При недостаточности функций щитовидной железы у взрослого человека развивается слизистый отек (миседема). Данное заболевание задерживает основной обмен, психическое развитие и угнетает половые функции. Гипофункция (недостаточное содержание йода в питьевой воде) вызывает эндемический зоб, а в детском возрасте способствует кретинизму (задержка роста, расстройство психических 183 функций, инфантилизм вплоть до полной идиотии). Гиперфункция щитовидной железы вызывает тиреотоксикоз (базедова болезнь), характеризующийся повышенным обменом веществ, раздражимостью, тахикардией и пучеглазием. Паращитовидные железы вырабатывают гормон (паратгормон), регулирующий обмен кальция (препятствуя его выводу из костной ткани) и фосфора в организме. Недостаточность функции паращитовидных желез приводит к нарушению роста костей, зубов. Гиперфункция паращитовидных желез ведет к остеопорозу костной ткани (ломка, пористость и т.д.), мышечной слабости, расстройствам функций внутренних органов и систем организма. 12.4. Гормоны поджелудочной железы Гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон и соматостатин) участвуют в поддержании углеводного обмена. В толще железы располагается множество скоплений, называемых островками Лангерганса. Они состоят 184 из эндокринных клеток, вырабатывающих инсулин и глюкагон. Их взаимодействие обеспечивает постоянный уровень глюкозы в крови в любое время, независимо от частоты приема пищи и ее количества. Глюкагон по своей функции является антагонистом инсулина. Стимулируя расщепления гликогена в печени (гликогеноз), обеспечивает повышение концентрации глюкозы в крови (гипогликемия). Избыточное его количество в крови удаляется с мочой. При тяжелой физической работе уровень сахара в крови повышается и увеличивается содержание инсулина. При длительной работе уровень сахара снижается и за счет этого происходит окисление жиров, которые в виде свободных жирных кислот «выходят» из жировой ткани. Соматостатин выполняет роль ингибитора, и его действие направлено на снижение пищеварительной активности (угнетает перестальтику желудочно-кишечного тракта и 185 желчного пузыря, замедляет всасывание пищи) и колебаний уровня сахара в крови. 12.5. Гормоны половых желез, вилочковой железы и эпифиза При наступлении половой зрелости у девушек образуется значительно больше половых гормонов, чем у юношей. Половые железы участвуют в образовании половых клеток – сперматозоидов (в семенниках) и яйцеклеток (в яичниках). Мужские половые гормоны – андрогены – и женские – эстрогены. Андрогены (тестостерон) регулирует сперматогенез, оказывают влияние на белковый и углеводный обмен. Эстрогены (эстрол, эстрадиол) – регулируют овариально-менструальный цикл, обеспечивают нормальную беременность. Преждевременное половое созревание предотвращается вилочковой железой (тимусом). Она недолговечна и функционирует только до полового созревания, продуцируя гормон тимозин, который оказывает влияние и на обмен кальция в организме человека. 186 Эпифиз образует гормон мелатонин, который угнетает развитие половых желез, предотвращая раннее половое развитие. Участвует данный гормон в регуляции углеводного и электролитного обмена. При высокой концентрации мелатонина в крови наблюдается процесс ожирения. 12.6.Гормоны коры надпочечников Над каждой почкой расположена конусовидная железа – надпочечник. Его наружный корковый слой вырабатывает мощные кортикостероидные гормоны, включая минералокортикоиды и глюкокортикоиды. К глюкокортикоидам относятся кортикостерон и кортизол (гидрокортизон), которые в ответ на стрессовую ситуацию вызывают резкий подъем содержания глюкозы в крови для обеспечения увеличившейся потребности в ней мышечных тканей. Эти гормоны также обладают мощным противовоспалительным действием. В качестве противовоспалительных средств применяются препараты глюкокортикоидов – кортизон и гидрокортизон. В коре надпочечников также вырабатываются мужские половые гормоны (ДГА187 дегидроэпиандростерон). У мужчин влияние ДГА незаметно из-за действия тестостерона, однако у женщин ДГА обеспечивает быстрый рост в период полового созревания. В мозговом веществе надпочечников вырабатываются гормоны адреналин и норадреналин. 12.7. Влияние гормонов в профессиональной деятельности Общий адаптационный синдром проходит несколько стадий. Первая – стадия тревоги, вторая – стадия резистентности и третья – стадия истощения. На первой стадии адаптации повышается уровень адреналина, угнетается функция щитовидной и половых желез, как и функция тимуса. В этот период происходят биохимические процессы в организме и повышение секреции кортикоидных гормонов, которые могут способствовать появлению язв на стенках желудка и двенадцатиперстной кишки. Во второй стадии наблюдается устойчивое состояние и адаптивное приспособление к среде обитания. На данном этапе усиливается секреция гормонов 188 коркового слоя надпочечников, ослабляются реакции тревоги, повышается устойчивость организма за счет физиологических и биохимических процессов. В стадии истощения работает система гипоталамус – гипофиз – надпочечники – половые железы. Адреналин способствует формированию адаптивных изменений и способствует синтезу стероидных гормонов. Содержание инсулина увеличивается, и если есть симптом перенапряжения, происходит уменьшение продукции инсулина, и это может грозить организму дисфункциями. Контроль за деятельностью поджелудочной железы осуществляет система гипоталамус-гипофизнадпочечники. Щитовидная железа, выделяя тироксин и трийодтиронин, способствует усилению энергетических затрат. Данное явление может привести к переутомлению организма, но в период отдыха активность гормонов железы направляется на ускорение процессов восстановления. И здесь 189 главенствующую роль в мобилизации тиреоидных гормонов берут на себя надпочечники. 12.8. Регуляция эндокринных желез Высшим подкорковым регулятором функции желез внутренней секреции является гипоталамус. Имея сеть вегетативной иннервации, они реализуют свою деятельность через симпатическую и парасимпатическую системы. Гипоталамус высокочувствителен к уровню гормонов в крови, поэтому он стимулирует их деятелььность. Поджелудочная железа, щитовидная и половые железы имеют каждая свою нейрогуморальнаую схему регуляции, осуществляемую по системному принципу с помощью биологически активных веществ и ферментов клеток. При больших физических напряжениях организма происходят сдвиги в деятельности эндокринных желез, которые регулируются на подкорковом и корковом уровне. 190 Глава 13. СИСТЕМА ВЫДЕЛЕНИЯ В систему выделения входят все органы, выполняющие выделительные функции, связанные с освобождением организма от продуктов обмена веществ, избытка воды, органических соединений и минеральных веществ, т.е. от конечных продуктов обмена. 13.1. Функции почек Почки выделяют почти все азотсодержащие вещества, большую часть воды, минеральные соли, продукты метаболизма, лекарственные элементы, избыток питательных веществ. Почки, предотвращая отравление организма продуктами распада, позволяют организму поддерживать постоянство ионного состава жидких сред, объема крови и тканевой жидкости. Почки представляют собой парный орган в виде бобовидных образований, располагающихся вдоль позвоночного столба, позади желудка. Они состоят из коркового, мозгового вещества и почечных лоханок. Функциональной единицей 191 почки является нефрон, который фильтрует кровь. В одной почке находится более миллиона клеток (нефронов), которые состоят из почечного тельца (клубочка), окутанного капсулой ШаумянаБоумена и системой извитых канальцев. Моча – продукт, отделяемый при фильтрации, собирается в лоханке. Схематически процесс мочеобразования происходит так. Кровь поступает в мозговой слой почки через почечную артерию, которая разветвляясь на артериоллы и капилляры, выполняет двойную функцию. Часть крови переходит в капсулы и в мочевые канальцы, затем фильтруется через канальцы. Из 1,5 тыс. л крови, проходящей через почки за сутки, почечные клубочки фильтруют до 180 л. Это первичная моча. Затем происходит всасывание (реабсорбция), и образуется вторичная моча. Количество ее в нормальных условиях может составлять до 1,5 дм3. Скорость процесса мочеобразования строго зависит от почечного кровотока. Профильтрованная через почку кровь собирается в печеночную вену. Оставшиеся после 192 фильтрации в почечных канальцах отходы и моча через крупные канальцы переходит в почечную лоханку. Моча (желтовато-соломенного цвета) состоит из воды, мочевой кислоты, мочевины и неорганических солей. Из почечных лоханок моча выходит по мочеточнику, который впадает в мочевой пузырь. Мочевой пузырь заканчивается в нижней части мочеиспускательным каналом, который облегается мышечным кольцом (сфинктером), который находится в норме в состоянии «закрытия» выходного отверстия. Мочевой пузырь вмещает до 0,5 литра мочи. По мере наполнения его стенки расслабляются, но когда он переполняется, импульсы идут в высшие корковые и подкорковые центры регуляции мочеобразования и мочеиспускания. Команда на мочеиспускание происходит по условнорефлекторному признаку. Механизм произвольной регуляции мочеиспускания, как правило, формируется у людей ко второму году жизни, но с наступлением старости данный механизм может давать сбои. 193 После процесса мочеиспускания в мочевом пузыре остается остаточная моча (до 50 мл), и афферентные импульсы в ЦНС не поступают. Как только пузырь наполняется, начинается импульсация стенок и нервных окончаний, и информация достигает центральных структур коры мозга, после чего следует команда на расслабление сфинктера, и происходит опорожнение мочевого пузыря. В данном процессе участвуют симпатические и парасимпатические отделы вегетативной нервной системы. Высшим подкорковым центром регуляции мочеобразования является гипоталамус. Мышечная работа оказывает большое влияние на мочеобразование, как и влияние метеопараметров. 13.2. Функции легких, желудка, кишечника, слюнных и потовых желез Легкие берут на себя значительную функцию в выделении из организма СО2, паров воды, некоторых летучих веществ (алкоголь, эфир, газы от автотранспорта и промышленных предприятий). 194 Желудок (железы желудка), кишечник и слюнные железы выделяют соли тяжелых металлов, лекарственные вещества, чужеродные органические соединения, мочевину и мочевую кислоту. Печень через желудочно-кишечный тракт удаляет из крови гормоны и продукты их превращения (тироксин, фолликулин), продукты обмена гемоглобина и холестерина (желчные кислоты). Потовые железы выделяют воду, соли натрия, калия, креатинина, мочевую кислоту, мочевину. Потоотделение – это сложный физиологический процесс, который происходит под нейрогуморальным контролем. Потоотделение условно подразделяется на заметное и незаметное. В состав пота входят вода, мочевина, мочевая кислота, креатинин, гиппуровая кислота, т.е. органические соединения. Из неорганических соединений в поте находятся хлорид натрия, калия, фосфаты и сульфаты. В среднем за сутки человек теряет до 500 – 900 см3 жидкости в виде пота. 195 В период профессиональной деятельности, связанной с мышечным напряжением, усиливается приток крови к работающим мышцам, а при этом происходит уменьшение давления почечного кровотока. Мочеобразование практически прекращается из-за недостатка крови, и тогда потовые железы выполняют функции выброса жидкости из организма, тем самым обеспечивая гомеостаз. При иннервации потовых желез выделяется ацетилхолин, который является парасимпатическим медиатором, хотя сами парасимпатические волокна не участвуют в функционировании желез в отличие от симпатических. При эмоциональных потрясениях происходит потоотделение. Холодный пот выступает под симпатическим влиянием с выбросом адреналина в кровь. 196 1. 2. 3. 4. 5. ЛИТЕРАТУРА Азимов А. Тело человека: строение и функции/ Айзек Азимов; пер. с англ. О. Сидоровой. – М.:Эксмо, 2010. – 416 с. Крулев К.А. Заболевания сердца и сосудов. Профилактика и лечение. – СПб.: Питер, 2009. – 160 с. Ноздрачев А.Д. и др. Начала физиологии: Учебник для вузов. 2-е изд., испр./Под ред. акад. А.Д. Ноздрачева. – СПб.: Издательство «Лань», 2002. – 1088 с. Тело человека. Энциклопедия. – М.: Махаон, 2010. – 304 с. Чумаков Б.Н. Физиология человека для инженеров: Учебник. – М.: Педагогическое общество России, 2006. -256 с. 197