Глава 9. Современный взгляд на физиологию человека

9.1. Основные концепции современной физиологии человека

Особенности внешнего и внутреннего строения человеческого организма изучают морфология и анатомия. Функциональное состояние, регуляторные механизмы, поддерживающие постоянство физико-химических свойств организма изучает физиология.

Антропометрические характеристики тела человека изменяются в зависимости от возраста и различаются по половой принадлежности.

Современный человек обладает рядом уникальных морфологических признаков. Это очень крупный относительно размеров тела головной мозг, преобладающую часть в котором занимают большие полушария. В связи с развитием речи у человека развит подбородочный выступ, зубы относительно небольшие и располагаются очень тесно. Такое строение зубов связано и с тем, что человек потребляет в основном мягкую, термически обработанную пищу. Позвоночный столб имеет S-образную форму, а стопа приобрела свод, что связано с прямохождением. Ноги более мощно развиты по сравнению с руками. В связи с развитием трудовой деятельности, пальцы человека более тонкие и гибкие, а большой палец руки противопоставлен остальным.

Опорно-двигательная система. Основными органами этой системы являются кости, мышцы, сухожилия и связки. Основная функция опорно-двигательной системы – поддержание формы тела и обеспечение перемещения тела и его частей в пространстве. Кости выполняют функцию опоры и служат местом прикрепления мышц. Совокупность костей организма составляет скелет. Он состоит из 206 костей, дополняемых хрящевыми элементами. Скелет имеет два отдела: осевой (позвоночный столб, череп, грудная клетка) и добавочный (кости свободных конечностей и их поясов). Череп подразделяется на черепную коробку (мозговой отдел) и лицевую часть (висцеральный отдел). Все кости черепа, за исключением нижней челюсти, соединены неподвижными шовными сочленениями. Позвоночный столб состоит из 33–34 позвонков, соединенных полуподвижными сочленениями. В шейном отделе 7 позвонков. Грудной отдел состоит из 12 позвонков, к поперечным отросткам которых причленяются ребра (12 пар). Ребра (за исключением двух пар блуждающих) причленяются к грудине, в результате чего образуется грудная клетка. За грудным отделом следуют поясничный (5 позвонков), крестцовый (5) и копчиковый (3–4) отделы.

Подвижность элементов скелета обеспечивается сокращениями мышц – активной части опорно-двигательной системы. В целом, анатомически, мышцы можно подразделить на 6 групп: мышцы лица, шеи, груди, спины, живота и конечностей. Функционально мышцы делятся на группы: синергисты (участвуют в выполнении однонаправленных движений) и антагонисты (выполняют противоположно направленные движения), сгибатели, разгибатели, вращатели.

При ежедневных физических нагрузках мышцы, выполняющие эту работу, укрепляются и увеличиваются в объеме. Полный покой и бездеятельность приводят к атрофии и мышечной слабости.

Покровы тела. Тело покрыто кожей, которая состоит из двух слоев: эпидермиса и дермы (собственно кожи). Эпидермис образован многослойным ороговевающим эпителием. В толще дермы расположены калагеновые волокна, кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания, гладкомышечные волокна, кожные железы и волосяные фолликулы. Благодаря наличию нервных окончаний (рецепторов) человек может раздражения. Глубже расположен слой подкожной жировой клетчатки, выполняющей теплоизоляционную и амортизационную (смягчает, например, удары) функции.

Основными кожными железами человека являются потовые и сальные. Потообразование у человека происходит непрерывно, и за сутки образуется в среднем около 0,5 л пота. Однако, поскольку основная функция потоотделения – терморегуляторная, количество этого секрета зависит от температуры среды и интенсивности работы.

Сальные железы выделяют жир, покрывающий поверхность кожи и волос тонкой пленкой. Основание каждого волоса называется луковицей, в дно которой вдается волосяной сосочек (в него заходят капилляры и нервы). Его поверхность образована ростковым слоем клеток, благодаря делению которых волос растет. Луковицу окружает волосяная сумка.

Нервная система. Нервная система – это система органов, осуществляющая контроль над деятельностью организма и его частей и обеспечивающая координацию работы органов и их систем.

Основная часть нервных клеток сконцентрирована в спинном и головном мозге, образующих так называемую центральную нервную систему (ЦНС). Различают также периферическую систему (ПНС), в состав которой входят нервы и нервные узлы, отходящие от спинного или головного мозга. Кроме такого анатомического разделения отделов нервной системы, существует еще и функциональное (физиологическое) деление: различают соматическую НС (регулирует деятельность скелетной мускулатуры) и вегетативную НС (регулирует деятельность систем внутренних органов, секреторную активность желез и деятельность гладкой мускулатуры).

Спинной мозг расположен в спинномозговом канале позвоночника. Поверхностные слои образованы белым мозговым веществом (оно состоит в основном из аксонов), а внутри расположено серое вещество (образовано телами нейронов и дендритами). Спинной мозг выполняет 2 важнейшие функции – рефлекторную и проводниковую.

Головной мозг состоит из 5 отделов: продолговатый, мозжечок, средний, промежуточный и передний. Этот орган является высшим координационным центром, осуществляющим регуляцию и коррекцию деятельности всех других систем. С деятельностью головного мозга связаны проявления высшей нервной деятельности (ВНД).

Функционально в продолговатом мозге расположены центры, регулирующие дыхание, сердечную деятельность, защитные рефлексы (слезоотделение, чихание, кашель, рвотный центр). Мозжечок состоит из двух полушарий. Его основная функция – безусловно-рефлекторная координация движений, поддержание равновесия тела и тонуса мышц. Средний мозг представлен четверохолмием и ножками мозга. Основная функция этого отдела – поддержание тонуса мышц, обеспечение поддержания позы, стояния и ходьбы, ориентирование в пространстве на свет и звук. Промежуточный мозг состоит из зрительных бугров (таламус) и подбугровой области (гипоталамус). Зрительные бугры – это основные подкорковые центры чувствительности. Гипоталамус представляет собой высший подкорковый центр вегетативной НС, где осуществляется регуляция обменных реакций, теплоотдачи, гомеостаза в целом.

Передний мозг состоит из левого и правого полушарий, поверхность которых образована серой корой, общей площадью около 2000–2500 см² и толщиной 2,5 мм, и покрыта многочисленными бороздами и извилинами. Крупные борозды делят каждое полушарие на 4 доли: лобную, теменную, височную и затылочную. Каждой доле соответствует определенная чувствительная зона (соответственно обонятельная, двигательная, слуховая, зрительная), в которой происходит обработка информации, поступившей от соответствующих рецепторов.

Кровеносная и лимфатическая системы. Внутренняя среда организма образована совокупностью жидкостей – это кровь, лимфа, цереброспинальная и тканевая жидкости. Постоянство внутренней среды организма определяется термином гомеостаз.

Кровь выполняет целый ряд важнейших физиологических функций: транспортную (осуществляет транспорт газов и питательных веществ, продуктов метаболизма), защитную (является важнейшим фактором иммунитета), регуляция температуры тела, гормональную (биологически активные вещества – гормоны, поступают непосредственно в кровь и транспортируются по организму). Общее количество крови в организме взрослого человека составляет около 5,5 л.

Кровь состоит из плазмы (55–60% от общего объема крови) и форменных элементов (40–45%).

Форменные элементы крови выполняют разнообразные функции. Эритроциты, содержащие гемоглобин и не имеющие ядер, обеспечивают транспорт газов (О₂ и СО₂). Образуются эритроциты из стволовых клеток в органах кроветворения, важнейшими из которых являются красный костный мозг. Разрушение эритроцитов происходит в селезенке и печени.

Лейкоциты играют важную роль и обеспечивают защиту организма от инородных тел и возбудителей заболеваний.

В крови содержатся кровяные пластинки – тромбоциты. Это не клетки, а фрагменты клеток неправильной формы. Они участвуют в процессе свертывания крови. Свертывание крови, или гемостаз – это важнейшая защитная реакция нашего организма, препятствующая кровопотерям при повреждениях сосудов. Это сложный физиолого-биохимический процесс, проходящий в несколько этапов. В итоге растворенный в крови белок – фибриноген, переходит в нерастворимую форму – фибрин.

Значение системы органов кровообращения состоит в снабжении кровью тканей и органов. К органам кровообращения относятся сердце и сосуды. Сосуды можно разделить на 3 типа: артерии (имеют утолщенную стенку, с развитым мышечным слоем, по ним кровь течет от сердца), вены (с менее развитой стенкой, по ним кровь течет к сердцу) и капилляры (тонкие сосуды, пронизывающие ткани органов, с тонкой стенкой).

Сердце – это относительно автономная, автоматически работающая система. Движение крови по сосудам возможно благодаря ритмичной работе сердца, разнице давления в сосудах при выходе из сердца и при возвращении крови в сердце. Давление в аорте – 150 мм рт. ст., в артериях – 120 мм рт. ст., в капиллярах – 40–20 мм рт. ст.

Лимфа представляет собой желтоватую жидкость, текущую в лимфатических сосудах. Лимфатическая система способствует оттоку жидкостей из полостей внутренних органов.

Дыхательная система. В состав дыхательной системы входят носовая полость, гортань, трахея, бронхи и легкие.

Воздух поступает через ноздри в носовую полость, где согревается, увлажняется и очищается от пыли. Носовая полость сообщается с носоглоткой, из которой воздух направляется в глотку, а затем – в гортань. Гортань состоит из хрящей, соединенных связками. В ней располагаются и голосовые связки, с колебаниями которых связано звукообразование. На уровне 6–7-го шейного позвонка гортань переходит в трахею, состоящую из хрящевых полуколец и соединительной ткани. Трахея образует правый и левый бронхи, которые ветвятся, образуя бронхиальное древо. Самые мелкие веточки этого древа называются бронхиолами. Они несут гроздья альвеол (эпителиальных пузырьков), которые густо оплетены капиллярами. Газообмен происходит диффузным путем: кислород из полостей альвеол диффундирует в кровь, а оттуда в полости поступает углекислый газ. Понижение концентрации кислорода и повышение концентрации углекислого газа в крови неизбежно приводят к активизации дыхания.

Легкие расположены в грудной полости и покрытые 2-слойной легочной плеврой. Между листками плевры находится плевральная полость, заполненная небольшим количеством серозной жидкости. Объем воздуха, вдыхаемого взрослым человеком в состоянии покоя равен около 500 см³, при глубоком вдохе - 2500 см³.

Пищеварительная система. Пищеварение – это процесс механической и химической обработки пищи в пищеварительной системе.

Для нормальной жизнедеятельности организму человека необходимы белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, минеральные вещества, витамины и вода. Все эти вещества человек получает с пищей.

В состав пищеварительной системы входят пищеварительный канал (длиной 8–10 м) и пищеварительные железы, связанные с ним протоками. Пищеварительный канал включает следующие отделы: ротовую полость, глотку, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник.

Ротовая полость ограничена мягким дном, твердым и мягким небом, зубами и деснами. Во рту происходит начальный этап химической обработки пищи с помощью ферментов слюны (амилазы) и механической обработки с помощью зубов.

Пища проталкивается в глотку и проглатывается, т.е. поступает в пищевод и желудок. Стенка желудка состоит из трех слоев: соединительнотканного, гладкомышечного, эпителиального (железистого). Переваривание пищи в желудке происходит под действием желудочного сока, состоящего из трех основных компонентов: соляной кислоты, ферментов пепсина и химозина. Сокращение стенок желудка подвергает пищу также и дальнейшей механической обработке.

Из желудка пищевая кашица поступает в кишечник – двенадцатиперстную кишку. В ее просвет открываются протоки поджелудочной железы и желчные протоки печени. Поджелудочная железа, являясь железой смешанной секреции, вырабатывает сок, богатый ферментами. Печень – самая крупная железа организма, выполняет множество функций: образование желчи, нейтрализация токсических веществ, синтез мочевины, пигментов, накопление гликогена, депонирование крови. На нижней стороне этого органа расположен желчный пузырь, в котором накапливается желчь. Ее значение огромно: она активирует липазу, эмульгирует жиры, стимулирует перистальтику кишечника, секрецию сока поджелудочной железы.

Далее идет тонкий кишечник. В нем под действием кишечного сока происходит окончательное переваривание пищи и всасывание питательных веществ в кровь. В толстом кишечнике происходит всасывание воды и формирование каловых масс. В целом, пищеварительная система действует как единый механизм.

Выделительная система. Основными органами выделения являются почки, выделяющие воду, азотсодержащие метаболиты, лекарственные вещества, токсины, образующиеся в организме.

От почек отходят мочеточники и впадают в мочевой пузырь – непарный орган. От нижней части мочевого пузыря отходит мочеиспускательный канал.

Работа почек находится под двойным контролем. Нервная регуляция осуществляется со стороны симпатической (сужает сосуды, уменьшает мочеотделение) и парасимпатической (расширяет сосуды, увеличивает мочеотделение) систем. Гуморальная регуляция осуществляется с помощью гормонов гипофиза (вазопрессин – увеличивает всасывание воды и уменьшает количество мочи) и надпочечников (адреналин – сужает сосуды, уменьшает количество мочи).

Эндокринная система. Это система желез внутренней секреции, т.е. тех желез, которые не имеют собственных выводных протоков. Выделяемые ими биологически-активные вещества – гормоны – поступают непосредственно в кровь и в небольших концентрациях способны вызвать значительный биологический эффект.

Роль гормонов в организме связана с их способностью влиять (непосредственно или опосредованно через нервную систему) на ход метаболизма. В процессе метаболизма гормоны расходуются, поэтому эндокринные железы должны постоянно вырабатывать эти вещества. Недостаточная или избыточная секреция гормонов приводит к развитию различных гормональных сдвигов и заболеваний.

Железами внутренней секреции являются: гипофиз, половые железы, щитовидная железа, паращитовидные железы, надпочечники

Высшая нервная деятельности человека. Совокупность сложных форм деятельности коры больших полушарий и ближайших к ней подкорковых образований, обеспечивающих наиболее совершенное приспособление животных и человека к окружающей среде, называется высшей нервной деятельностью. В ее основе лежит осуществление сложных рефлекторных актов.

Впервые материалистическое объяснение высшей нервной деятельности человека дал И.М. Сеченов. Он доказал, что все акты сознательной и бессознательной деятельности являются рефлекторными. И.П. Павлов развил идеи И.М. Сеченова экспериментально. Он открыл нервный механизм, обеспечивающий сложные формы реагирования человека и высших животных на воздействия внешней среды – условный рефлекс. И.П. Павловым было создано учение о безусловных и условных рефлексах.

Рефлекс – ответная реакция организма на внешнее или внутреннее воздействие (раздражение), осуществляемая центральной нервной системой. Реализация рефлексов обеспечивается нервными элементами, формирующими рефлекторную дугу, т.е. путь, по которому проходят нервные импульсы от рецептора к рабочему органу. В состав рефлекторной дуги входят: рецептор, афферентная (центростремительная) часть, центральное звено (нервный центр), эфферентная (центробежная) часть, исполнительный орган (мышца, железа).

И.П. Павловым все рефлексы были разделены на условные и безусловные. Безусловные рефлексы – врожденные реакции организма. Они сформировались и закрепились в процессе эволюции и передаются по наследству. Условные рефлексы – приобретенные реакции организма. Они вырабатываются, закрепляются и могут угасать в течение жизни; не передаются по наследству.

Безусловные рефлексы обеспечивают организму поддержание жизнедеятельности в относительно постоянных условиях существования. Основные безусловные рефлексы: пищевые, оборонительные, половые.

Условные рефлексы обеспечивают организму более совершенное приспособление к меняющимся условиям существования. Они вырабатываются на базе безусловных. Существуют разные классификации условных рефлексов.

Условнорефлекторная деятельность является общей и для высших животных, и для человека. И у человека, и у животных имеется первая сигнальная система – анализ и синтез конкретных сигналов, предметов и явлений внешнего мира. У человека, кроме того, развивается вторая сигнальная система – речь, письменность, абстрактное мышление. Ее возникновение связано с коллективной трудовой деятельностью и жизнью в обществе. Вторая сигнальная система социально обусловлена – вне общества, без общения с другими людьми она не формируется. Речь и письменность позволяют человеку накапливать и передавать опыт из поколения в поколение. Появление речи привело к возникновению абстрактного мышления – мышления с помощью абстрактных понятий, отвлеченных от конкретных предметов и явлений.