Дыхание

Дыханием называется комплекс физиологических процессов, обеспечивающих потребление кислорода и выделение углекислого газа тканями живого организма. В основе дыхательной функции ле­жат тканевые окислительно-восстановительные биохимические про­цессы, обеспечивающие обмен энергии в организме человека, жи-иотных и растений.

Обмен газов, или потребление кислорода и выделение углекис­лого газа, между организмом и окружающей газовой средой осу­ществляется путем сложного взаимодействия систем дыхания, кровообращения и крови. Утилизация кислорода и выделение углекис­лого газа тканями зависят от окислительно-восстановительного потенциала клеток, а также от физических свойств тканевых струк­тур, определяющих скорость диффузии кислорода и углекислого раза через клеточные мембраны.

Газообмен является многозвеньевым процессом. Поступающий в легкие кислород переходит в кровь, доставляется к тканям, перехо­ти через стенки капилляров в межтканевую жидкость и утилизируются клетками. Углекислый газ из тканей поступает в кровь, достав­ляется к легким и переходит в альвеолярный воздух, состав которого поддерживается на относительно определенном уровне за счет «и «милиции легких. Такой взаимосвязанный обмен газов в организме может быть схематически представлен в следующей последова­тельности: 1) внешнее (легочное) дыхание, или обмен газов между внешней средой и альвеолами легких; 2) обмен газов между альве­олярным воздухом и кровью капилляров легких; 3) перенос кровью кислорода и углекислого газа; 4) обмен газов между кровью капил­ляров и тканями организма; 5) внутриклетечное, или тканевое, ды­хание (подробно рассматривается в курсе биохимии).

Внешнее дыхание

Общие положения. Атмосферный воздух попадает через нос и рот в трахею, переходит в правый и левый бронхи, которые древо­видно разветвляются. Из мелких бронхов воздух через бронхиолы заполняет легочные пузырьки — альвеолы, стенки которых состоят из эпителиальных клеток и опорной соединительной ткани. Сквозь альвеолярную мембрану происходит обмен газов между альвеоляр­ным воздухом и кровью, протекающей по капиллярам, оплетающим легочные пузырьки.

Обновление воздуха в альвеолах происходит благодаря измене­ниям объема грудной клетки в результате сокращения межребер­ных дыхательных мышц и диафрагмы. Дыхательные движения ока­зывают механическое влияние на органы средостения: сердце с крупными кровеносными сосудами, грудной проток лимфатической системы и пищевод. Важное значение для осуществления вдоха и выдоха имеет герметически замкнутая плевральная полость, точнее, плевральная щель. Она образована висцеральным (покрывающим легкое) и париетальным (выстилающим изнутри грудную клетку) листками плевры и заполнена небольшим количеством жидкости.

Механизмы вдоха и выдоха. Дыхательные движения—вдох и выдох — периодически изменяют объем грудной клетки.

При вдохе объем грудной клетки благодаря сокращению наруж­ных межреберных мышц диафрагмы увеличивается. Сокращение наружных межреберных мышц вызывает приподнимание ребер с грудной костью и, следовательно, увеличение грудной полости в пе­редне-заднем и боковых направлениях. Сокращение мышечных во­локон диафрагмы вызывает уплощение ее купола. Перегородка между грудной и брюшной полостями опускается, что также приво­дит к увеличению размера грудной клетки в вертикальном направ­лении. При этом происходит некоторое сдавливание органов брюш­ной полости.

После окончания сокращения наружных межреберных и ди-афрагмальной мышц начинается выдох. В условиях спокойного ды­хания опускание ребер при выдохе происходит пассивно, за счет эластической тяги растянутого при вдохе связочного аппарата. При более глубоком дыхании опускание ребер происходит активно, в ре­зультате сокращения внутренних межреберных мышц. Органы брюшной полости, смещенные вследствие сокращения диафрагмаль-ной мышцы после ее расслабления, вдавливают купол диафрагмы и грудную полость, уменьшая ее размеры в вертикальном направлений. Таким образом, выдох характеризуется уменьшением всех раз­меров грудной полости.

В конце выдоха ребра вместе с грудной костью опущены (рис. 83), купол диафрагмы глубоко вдается в грудную полость. Дыхательные мышцы расслаблены.

ПИЩЕВАРЕНИЕ

Общая характеристика пищеварительных процессов

Пищеварением называется процесс физической и химической обработки пищи, в результате чего она превращается в такие веще­ства, которые могут всасываться в кровь и усваиваться. Таким об­разом, пищеварение является начальным этапом обмена веществ в организме.

Физическая обработка пищи заключается в ее размельчении, перемешивании и растворении. Химическая ее обработка происхо­дит под влиянием гидролитических ферментов, содержащихся в пи­щеварительных соках. В результате этих процессов сложные вещества, входящие в состав пищи, расщепляются на более простые, которые всасываются в кровь и усваиваются организмом. Белки пеасываются в виде аминокислот и низкомолекулярных компонен­те,, жиры — в виде глицерина и солей жирных кислот, углеводы — в виде моносахаридов. Лишь вода, минеральные соли и небольшое количество низкомолекулярных органических соединений могут всасываться в кровь без предварительной обработки.

Деятельность органов пищеварения регулируется нервными и гуморальными механизмами.

В изучении физиологии пищеварения большая роль принадле­жит И. П. Павлову и его ученикам. Они разработали методы ис­следования пищеварительных процессов у животных. Это позволило подробно характеризовать функции пищеварительных органов и раскрыть сложные механизмы их деятельности. Однако методы, разработанные на животных, не могли быть широко использованы при изучении особенностей пищеварительных процессов у человека. Длительное время изучение двигательных и секреторных функций органов пищеварения у него ограничивалось главным образом зон­дированием желудка и двенадцатиперстной кишки и применением рентгенологических методов. В настоящее время разработан ряд новых приемов, позволяющих изучать процессы пищеварения у че­ловека. Например, двигательная деятельность желудка исследуется путем регистрации биопотенциалов гладких мышц, находящихся в его стенках. Широко используются и радиотелеметрические методы. Сущность их заключается в проглатывании маленького радиопе­редатчика (радиопилюля), который свободно проходит по пищева­рительному тракту и дает информацию о кислотности содержимого желудка и кишечника, о давлении и температуре в этих орга­нах.

Пищеварение в полости рта

В ротовой полости у человека пища задерживается в течение 15—18 сек. Здесь начинается ее физическая (смачивание слюной и измельчение путем жевания) и химическая (воздействие фермен­тов) обработка. Находясь в ротовой полости, пища раздражает вкусовые, тактильные и температурные рецепторы слизистой обо­лочки.

У человека имеются три пары крупных слюнных желез (около­ушные, подъязычные и подчелюстные) и много мелких, рассеянных в слизистой оболочке рта.

Слюна — первый пищеварительный сок, действующий на пищу при ее поступлении в организм. В слюне человека содержатся фер­менты, вызывающие гидролитическое расщепление сложных углево­дов до дисахаридов и частично до глюкозы. Фермент амилаза (пти­алин) превращает крахмал в дисахариды, фермент мальтаза рас­щепляет дисахариды до моносахаридов.

Ферменты слюны наиболее активны в нейтральной среде. По­падая с пищей в желудок (где среда резко кислая), они теряют свою активность. Лишь внутри пищевого комка, где некоторое вре­мя сохраняется нейтральная реакция, они продолжают расщеплять углеводы.

Кроме ферментов в состав слюны входят белковые вещества му­цин и глобулин, аминокислоты, креатин, мочевая кислота, мочеви­на и неорганические соли. Муцин слюны делает пищевой комок скользким, что облегчает глотание пищи и продвижение ее по пи­щеводу.

И. П. Павлов разработал операции, позволившие изучить меха­низм слюноотделения. У собаки в полости рта отпрепаровывается. кусочек слизистой оболочки в том месте, где открывается проток слюнной железы. Вырезанный кусок слизистой оболочки вместе 1 отверстием протока выводится наружу и вживляется в кожу щеки. В результате слюна, выделяемая железой, поступает не в ротовую полость, а в пробирку, прикрепляемую к специальной капсуле, на­клеенной на кожу. У человека деятельность слюнных желез изуча­ется при помощи маленьких резиновых капсул, прикрепляемых к слизистой оболочке ротовой полости в том месте, где находится отверстие протока слюнной железы. Слюна попадает из железы в капсулу и по резиновой трубке, прикрепленной к ней, стекает в про­бирку.

При помощи этих операций было установлено, что деятельность слюнных желез регулируется рефлекторно. При поступлении в рот пищи или отвергаемых веществ раздражаются рецепторы слизистой оболочки рта. Слюноотделение при этом происходит по механизму безусловных рефлексов.

Выделение слюны при виде и запахе пищи, а также при действии индифферентных раздражителей (зрительных, звуковых, обонятель­ных и др.), ранее сочетавшихся с приемом пищи, происходит по ме­ханизму условных рефлексов.

Таким образом, деятельность слюнных желез регулируется сложным рефлекторным путем. Центры слюноотделения, как и центры других пищеварительных процессов, находятся в продолго­ватом мозгу. Центростремительными нервами при безусловном рефлекторном выделении слюны являются веточки тройничного и языкоглоточного нервов. Центробежные функции выполняют пара­симпатические и симпатические нервы. При раздражении первых происходит обильное выделение жидкой слюны, при раздражении пторых выделяется густая слюна, содержащая много муцина. Условнорефлекторное выделение слюны может возникать при раздра­жении разных рецепторов (зрительных, слуховых, обонятельных и др.). Информация при этом поступает в высшие отделы мозга, а импульсы, идущие оттуда, возбуждают центры слюноотделения продолговатого мозга.

Секреция жидкой слюны при раздражении парасимпатических нервов обусловлена усилением кровоснабжения слюнных желез. Выделение же слюны при раздражении симпатических нервов может происходить даже при уменьшении местного кровотока. Эти данные показывают, что образование слюны обусловлено не филь-трацией, а секреторной деятельностью железистых клеток.

Состав слюны зависит от характера веществ, поступающих в ротовую полость. При попадании в рот отвергаемых веществ (кам­ни, песок, кислоты) выделяется много жидкой (отмывной) слюны. При поступлении в рот пищи вырабатывается более густая слюна, богатая ферментами и муцином. При этом на сухую пищу выделяется больше слюны, чем на увлажненную. Опытами И. П. Павлова было установлено, что, например, на мясосухарный порошок выделяется у животных в 6 раз больше слюны, чем на мясо.

Глотание происходит рефлекторно. Пережеванная и смоченная слюной пища перемещается на корень языка и далее движениями его кзади и кверху проталкивается в глотку.

При сокращениях мышц глотки пищевой комок перемещается в пищевод. Дальнейшее передвижение пищи по пищеводу обеспечивается перистальтической волной сокращения мышц, находящихся в его стенке. Путь от ротовой полости до желудка твердая пища проходит за 8—9 сек., жидкая — за 1—2 сек.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Сущность обмена веществ и энергии

Отличительным признаком живых организмов являются энерге-тические траты и постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой. Его сущность состоит в том, что из внешней среды и организм поступают разнообразные, богатые потенциальной хи­мической энергией вещества; в организме они расщепляются на более простые; освобождающаяся при этом энергия обеспечивает протекание физиологических процессов и выполнение внешней работы. Кроме того, поступающие в организм вещества используются для востановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей и для образования гормонов и ферментов. Некоторые органические вещества при избыточном поступлении могут депонироваться, т. е. откладываться в организме в виде запасов. Образующиеся в процессе обмена продукты распада удаляются из организма во внешнюю среду органами выделения.

Питательными веществами, снабжающими организм энергией и строительным (пластическим) материалом, являются белки, жиры и углеводы. Кроме того, для нормального протекания обмена ве­ществ в организме необходимо поступление витаминов, воды и ми­неральных солей.

Обмен веществ в организме является сложной системой связан­ных друг с другом реакций расщепления (диссимиляции) и синте­за (ассимиляции) органических веществ. При реакциях диссими­ляции происходит освобождение потенциальной химической энер­гии, которая обеспечивает деятельность всех органов и выполнение внешней работы. Реакции синтеза требуют для своего осуществле­ния притока энергии извне. Затрачиваемая при этом энергия пре­вращается в потенциальную химическую энергию сложных мо­лекул.

Все химические реакции в организме, в том числе переварива­ние пищи, окислительно-восстановительные и другие процессы осу­ществляются при участии биологических катализаторов (фермен­тов).

Обмен веществ и энергии в организме регулируется нервным и гуморальным путями. Регуляция, осуществляемая нервной систе­мой, которой принадлежит особенно большая роль в этом процессе» происходит путем непосредственной посылки эфферентных нерв­ных импульсов к тканям и через железы внутренней секреции, гор­моны которых влияют на уровень обмена веществ и энергии. В из­менении обмена веществ, обеспечивающем приспособление орга­низма к различным условиям жизни, важное значение имеют условные рефлексы. Индифферентные раздражения после повторно­го сочетания с факторами, влияющими на обмен веществ и энергии, могут условнорефлекторным путем изменять его в нужном направ­лении.