2. Физиология растений

Физиологические процессы зеленого растения. Регуляция жизненных функций и системы обеспечения гомеостаза. Рост и развитие растений. Роль гормонов в регуляции роста растений. Корневое питание растений. Классификация элементов минерального питания. Роль корней в жизнедеятельности растения. Водный обмен растений. Механизм поступления и передвижения воды по растению. Фотосинтез. Пигменты. Физиология и биохимия фотосинтеза. Значение и масштабы фотосинтеза. Происхождение воды при фотосинтезе. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды. Понятие стресса.

3. Физиология человека и животных

Строение и функции основных систем органов животных и человека, принципы восприятия, передачи и переработки информации в организме, регуляция жизненных функций и систем обеспечения гомеостаза.

Строение и функции нервной клетки.

Нервная ткань является основой органов нервной системы. Она имеет следующие структурно-функциональные особенности:

1) состоит из двух основных типов нервных клеток – нейронов и глиоцитов (клеток нейроглии);

2) межклеточное вещество отсутствует;

3) не подразделяется на морфологические подгруппы.

Функциями нервной ткани являются:

1) восприятие различных раздражений и преобразование (трансформация) их в нервные импульсы;

2) проведение нервных импульсов, их обработка и передача на рабочие органы.

Перечисленные функции выполняют нейроны – функционально ведущие структурные компоненты нервной ткани. Клетки нейроглии способствуют выполнению перечисленных функций.

В нейронах выделяют клеточное тело и отростки (рис. 1.4), обеспечивающие проведение нервных импульсов.

Рис. 1.4. Общая схема строения нейрона

Аксон (нейрит) проводит импульсы от клеточного тела на другие нервные клетки или рабочие органы. Это длинный, маловетвящийся отросток (может давать по своему ходу единичные боковые ответвления). Длина аксона может быть очень значительной (десятки сантиметров).

Дендриты проводят импульсы к клеточному телу. Они, как правило, короче аксона, интенсивно ветвятся. Дендриты образуют рецепторную поверхность, воспринимают сигналы, приходящие к нервной клетке. Также они получают сигналы от других нейронов через межнейронные контакты (синапсы), расположенные на них в области особых цитоплазматических выпячиваний – дендритных шипиков.

В любой клетке имеется только один аксон, дендрит может быть один или более. В зависимости от количества отростков нейроны делятся на несколько типов:

1) униполярные – с одним отростком (аксоном);

2) псевдоуниполярные – с одним коротким отростком (аксоном), который делится затем на центральную и периферическую часть;

3) биполярные – с двумя отростками (аксоном и дендритом);

4) мультиполярные – более двух отростков (один – аксон, остальные – дендриты).

По функциям нейроны подразделяются:

1) на афферентные (чувствительные) – воспринимают информацию и передают её в нервные центры; типичными примерами являются псевдоуниполярные и биполярные нейроны спинномозговых и черепно-мозговых узлов;

2) эфферентные (двигательные, секреторные) – передают сигналы на рабочие органы (мышцы или секреторные клетки); чаще двигательные нейроны являются униполярными;

3) ассоциативные (вставочные) – осуществляют связи между нейронами; являются мультиполярными, самыми многочисленными.

Биохимическая классификация нейронов основана на химических особенностях нейромедиаторов, используемых нейронами в синаптической передаче нервных импульсов. На основе этого признака выделяют различные группы нейронов: холинергические (медиатор – ацетилхолин), адренергические (медиатор – норадреналин) и др.

Клетки нейроглии по своему строению также являются отростчатыми, они неодинаковы по величине, форме и количеству отростков. Являясь вспомогательными, они выполняют следующие функции:

1) опорную (глиоциты образуют длинные тонкие волокна, формируют каркас);

2) трофическую;

3) разграничитильную;

4) секреторную;

5) защитную (фагоцитарная, иммунная и репаративная) и др.

Клетки нейроглии в зависимости от размеров и происхождения подразделяются на макроглию и микроглию, с которой связаны защитные функции (в том числе иммунные). Глиоциты взрослого, в отличие от нейронов, способны к делению. В поврежденных участках мозга они размножаются, заполняя дефекты.

Отростки нейронов и клетки нейроглии образуют нервные волокна. Они обеспечивают проведение нервного импульса. Отростки нервных волокон в составе нервного волокна называются осевыми цилиндрами, клетки нейроглии – швановскими клетками. На основании морфофункциональных особенностей различают миелиновые (мякотные) и безмиелиновые (безмякотные) волокна. Миелин, входящий в состав оболочки миелиновых волокон, представляет собой комплекс липидов (холестерина, фосфолипидов, гликолипидов) и белков с преобладанием содержания липидов. Миелиновая оболочка способствует электроизоляции нервного волокна. Нервный импульс проводится по такому волокну быстрее, чем по лишенному миелина. Миелин покрывает не все волокно, в нем имеются промежутки (перехваты Ранвье) – это способствует быстрому проведению импульса. Миелинизация нервных волокон начинается во внутриутробном периоде. Нарушение образования миелиновых оболочек является причиной многих серьезных заболеваний нервной системы. Миелин чувствителен к различным неблагоприятным факторам (инфекции, повышенная температура и др.), действие которых может приводить к его распаду. Это, в свою очередь, приводит к нарушению проведения нервных импульсов.

Скопления нервных волокон в ЦНС называют нервными путями. Они осуществляют проводящую функцию и образуют там белое вещество (по цвету миелиновой оболочки).

В периферической нервной системе белое вещество представлено нервами. Нервы представляют собой скопления длинных отростков нейронов, покрытые общей (соединительнотканной) оболочкой. В нервной системе выделяют также серое (более тёмное) вещество, образованное, в основном, телами нейронов. Плотные скопления тел нейронов в периферической нервной системе образуют нервные узлы (ганглии) и ядра в ЦНС. В центральной нервной системе серое вещество образует также кору – в этом случае оно располагается слоями на поверхности белого.

Синаптическая передача сигналов в нервных клетках. Между нейроном и последующей клеткой образуется специфический контакт — синапс. В образовании синапса участвуют как аксонная терминаль (пресинаптическая часть), так и мембрана последующей клетки (постсинаптическая часть). Синапс состоит из пресинаптической бляшки (расширение терминали аксона), оканчивающейся пресинаптической мембраной, и постсинаптической мембраны (участка мембраны постсинаптической клетки, лежащего под синаптической бляшкой). Между пресинаптической и постсинаптической мембранами расположена синаптическая щель.

От ее величины зависит тип передачи информации через синапс. Если расстояние между мембранами нейронов не превышает 2—4 нм или они контактируют между собой, то такой синапс является электрическим, поскольку подобное соединение обеспечивает низкоомную электрическую связь между этими клетками, позволяющую электрическому потенциалу непосредственно или электротонически передаваться от клетки к клетке. Доля электрических синапсов в ЦНС позвоночных очень мала.

Чаще всего мембраны нейронов расположены в непосредственной близости друг к другу и разделены обычным межклеточным пространством (щелью шириной примерно 20 нм) — смежное соединение. Такая смежность мембран облегчает перемещение из одной клетки в межклеточную щель химических веществ (ионов, метаболитов нейронов), которые оказывают влияние как на ту же самую клетку, так и на отростки соседних нейронов. Эти соединения нейронов относят к химическим синапсам.

В пресинаптическом окончании химического синапса находятся пузырьки — везикулы, содержащие вещество — передатчик, называемое медиатором. В момент прихода к синаптической бляшке электрического импульса везикулы открываются в пресинаптическую щель, выбрасывая туда медиатор. Медиатор диффундирует через щель и на постсинаптической мембране взаимодействует с рецептором, специфически чувствительным к медиатору, при этом возникает постсинаптический потенциал. Исключением из данного правила являются пептидергические нейроны, не имеющие в пресинаптической области везикул, так как медиатор-пептид синтезируется в соме нейрона и транспортируется по аксону в зону контакта.

Таким образом, информация в нервной системе передается только в одном направлении (от пресинаптического нейрона к постсинаптическому) и в этом процессе участвует биологически активное вещество — медиатор.

Рефлекторная деятельность мозга.

Нейроны и пути прохождения нервных импульсов при рефлекторном акте образуют так называемую рефлекторную дугу:

стимул — рецептор-аффектор — нейрон ЦНС — эффектор — реакция.

Схема строения рефлекторной дуги, проходящей через спинной мозг. 1 - окончание чувствительных (афферентных) волокон; 2 - афферентные нервные волокна; 3 - нервные клетки спинного мозга, получающие импульсы от афферентных волокон и передающие их дальше в центральную нервную систему; 4 - двигательные нервные клетки спинного мозга; 5 - двигательные (эфферентные) волокна; 6 - окончание эфферентного волокна.  (стрелками показано направление движения нервных импульсов по рефлекторной дуге)

Начало рефлекторной дуги образовано тончайшими концевыми разветвлениями чувствительного нервного волокна в органе чувств.

От рецептора по чувствительному, или афферентному волокну нервное возбуждение проводится в центральную нервную систему, где и передается на ту или другую группу нервных клеток. Эта часть рефлекторной дуги состоит из рецептора, афферентного нервного волокна и его окончаний у клеток центральной нервной системы, называется приводящей частью рефлекторной дуги.

Возбуждение, поступившее в центральную нервную систему, переключается здесь в определенном порядке с одних нервных клеток на другие, пока не доходит до той нервной клетки, которая посылает его к органу, осуществляющему реакцию на раздражение. Цепь нейронов, по которой возбуждение распространяется внутри центральной нервной системы, составляет центральную часть рефлекторной дуги.

Последняя, отводящая часть рефлекторной дуги представлена нервной клеткой, дающей начало двигательному, или эфферентному, нервному волокну, заканчивающемуся в мышце или железе.

Особенно важную роль в этом процессе играют те группы нервных клеток, которые, получая возбуждение от рецепторов распространяя его дальше (по центральной нервной системе), осуществляют сложные функции анализа и синтеза раздражений. Эту сложную систему нейронов вместе приводящей частью рефлекторной дуги И. Павлов назвал анализатором.

Любая рефлекторная реакция зависит от взаимоотношения двух основных нервных процессов, из которых состоит всякая нервная деятельность: возбуждения и торможения.

Возбуждение в нервных центрах вызывает ту или иную деятельность организма. Торможение в нервных центрах, напротив означает такое их состояние, когда работа связанного с ними органа временно прекращается.

Безусловные рефлексы — это наследуемые, неизменные реакции организма на определённые воздействия внешней или внутренней среды, независимо от условий возникновения и протекания реакций. Безусловные рефлексы обеспечивают приспособление организма к неизменным условиям среды. Основные типы безусловных рефлексов: пищевые, защитные, ориентировочные, половые.

Условные рефлексы возникают в ходе индивидуального развития и накопления новых навыков. Выработка новых временных связей между нейронами зависит от условий внешней среды. Условные рефлексы формируются на базе безусловных при участии высших отделов мозга.

Строение и физиология слухового анализатора.

Слуховой анализатор включает в себя периферический отдел, воспринимающий звуковые колебания (колебания воздуха или другой упругой среды) и передающих их на слуховые рецепторы, проводниковой и корковой части. Особая роль слухового анализатора у человека связана с членораздельной речью. Слуховые рецепторы находятся в улитке внутреннего уха, которая расположена в пирамиде височной кости. Звуковые колебания передаются к ним через систему вспомогательных образований наружного, среднего и внутреннего уха.

Наружное ухо – ушная раковина и слуховой проход – служат для улавливания звуков и усиления звуковых колебаний. Ухо человека воспринимает колебания с частотой от 16 до 20 тысяч Герц. На границе наружного и среднего уха располагается барабанная перепонка, которая колеблется при действии звуковых колебаний. Среднее ухо состоит из барабанной полости, в которой расположены слуховые косточки – молоточек, наковальня и стремечко, по которым колебания барабанной перепонки передаются на перепонку овального окна, отделяющего среднее ухо от улитки внутреннего уха. Площадь барабанной перепонки значительно больше площади овального окна, что приводит к усилению колебаний. В полости среднего уха (барабанной полости) находится воздух, давление которого равно атмосферному за счет слуховой трубы, соединяющей барабанную полость с глоткой. При глотании слуховая труба открывается, и давление в среднем ухе выравнивается с атмосферным. Внутреннее ухо располагается в пирамиде височной кости. Представляет собой костный лабиринт, внутри которого находится перепончатый лабиринт из соединительной ткани. Костный лабиринт состоит из 3 частей: преддверие, спереди – улитка, сзади – полукружные каналы. Преддверие и полукружные каналы относятся к вестибулярной системе. Слуховая часть располагается в улитке.

Строение и физиология зрительного анализатора.

Зрительный анализатор – это совокупность структур, воспринимающих световое излучение (электромагнитные волны длиной 390-670 нм) и формирующих зрительные ощущения. 80-90% всей сенсорной информации поступает в организм через зрительный анализатор.

Оптическая система глаза состоит из роговицы, влаги передней камеры глаза, хрусталика и стекловидного тела. Рефракция отражает преломляющую силу глаза и измеряется в диоптриях. Диоптрия (Д) – это преломляющая сила линзы с фокусным расстоянием в 100 см. Преломляющая сила роговицы постоянная и составляет 43 Д, тогда как у хрусталика она может меняться в зависимости от степени натяжения мышц сумки хрусталика – от 19 до 33 Д. Суммарная преломляющая сила оптической системы глаза составляет 62-76 Д.

Хрусталик имеет форму двояковыпуклой линзы, изменение кривизны которой обеспечивает аккомодацию, то есть обеспечение ясного видения разноудаленных предметов путем фокусирования световых лучей, приходящих от предмета, на сетчатке (эмметропия). Аккомодация глаза обеспечивается согласованной работой цилиарной мышцы, цинновой связки и хрусталика. Миопия (близорукость) – это нарушение рефракции, при котором лучи от предмета после прохождения через светопреломляющие среды фокусируются впереди сетчатки, гиперметропия (дальнозоркость) – когда лучи фокусируются за сетчаткой.

Острота зрения характеризуется минимальным углом зрения, при котором человек еще может раздельно видеть две точки. В норме острота зрения равна единице, что равно величине угла зрения, равного одной минуте, и соответствует расстоянию между двумя колбочками, раздельно возбуждаемыми двумя точками рассматриваемого предмета.

Поле зрения – это пространство, видимое одним глазом при фиксации взора в одной точке (монокулярное зрение). Бинокулярное поле зрения имеет общее поле зрения (зона перекрытия монокулярных полей) и две периферические области, отдельные для каждого глаза. При бинокулярном зрении в головном мозге формируется более полное и объемное восприятие объекта и более выраженное ощущение глубины пространства.

Нервная и гуморальная регуляция функций организма.

Механизмы регуляции жизнедеятельности организма делятся на нервные, гуморальные и нервно-гуморальные. Нервные механизмы используют для передачи и переработки информации структуры нервной системы (нейроны, нервные волокна) и электрические потенциалы, гуморальные – молекулы химических веществ, распространяющихся во внутренней среде организма. Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов (до 80 – 100 м/с), без затухания и потери энергии. Гуморальная регуляция – это способ передачи информации к эффекторам через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделяющихся клетками или специализированными тканями. Вместе они составляют единую нейрогуморальную систему регуляции физиологических функций.

Функции нервной системы заключаются в быстрой и точной передаче информации и ее интеграции, обеспечении взаимосвязи между органами и системами органов (безусловные рефлексы), приспособлении деятельности организма к меняющимся условиям внешней среды организма к меняющимся условиям внешней среды (условные рефлексы), а также осуществлении психических функций (сознание, мышление, речь, память). Нервная система в организме выполняет интегрирующую роль, объединяя в единое целое все ткани, органы и координируя их специфическую активность в составе функциональных систем.

Например, ЦНС управляет деятельностью опорно-двигательного аппарата, регулируя и перераспределяя тонус отдельных мышц. Регуляция работы внутренних органов осуществляется вегетативной нервной системой и эндокринной системой. В покое они обеспечивают поддержание гомеостазиса, а во время работы приспосабливают работу внутренних органов к изменившимся потребностям, чтобы поддержать гомеостазис в новых условиях. С помощью вегетативной нервной системы регуляторные влияния осуществляются быстро, в течение долей секунды, тогда как регуляторное влияние гормонов развивается медленнее, но длится дольше.

Интегративная роль ЦНС заключается в соподчинении и объединении тканей и органов в единую систему, деятельность которой направлена на достижение полезного для организма приспособительного результата.

Уровни организации ЦНС:

I уровень – нейроны, рефлекторная дуга;

II уровень – нейрональный ансамбль (модуль), обладающий качественно новыми свойствами, – нервный центр. Нервные центры часто выступают как автономные командные устройства, управляющие тем или иным процессом на периферии;

III уровень – высший уровень интеграции, объединяющий все центры регуляции в единую регулирующую систему, а отдельные органы и системы – в единую физиологическую систему – организм.

Железы внутренней секреции. Гормоны, их физиологическая роль. Гормоны гипофиза.

Железами внутренней секреции, или эндокринными, называют железы, не имеющие выводных протоков. Продукты своей жизнедеятельности — гормоны — они выделяют во внутреннюю среду организма, т. е. в кровь, лимфу, тканевую жидкость.

Гормоны — органические вещества различной химической природы: пептидные и белковые (к белковым гормонам относятся инсулин, соматотропин, пролактин и др), производные аминокислот (адреналин, норадреналин, тироксин, трииодтиронин), стероидные (гормоны половых желез и коры надпочечников). Гормоны обладают высокой биологической активностью (поэтому вырабатываются в чрезвычайно малых дозах), специфичностью действия, дистантным воздействием, т. е. влияют на органы и ткани, расположенные вдали от места образования гормонов. Поступая в кровь, они разносятся по всему организму и осуществляют гуморальную регуляцию функций органов и тканей, изменяя их деятельность, возбуждая или тормозя их работу. Действие гормонов основано на стимуляции или угнетении каталитической функции некоторых ферментов, а также воздействии на их биосинтез путем активации или угнетения соответствующих генов.

Деятельность желез внутренней секреции играет основную роль в регуляции длительно протекающих процессов: обмена веществ, роста, умственного, физического и полового развития, приспособления организма к меняющимся условиям внешней и внутренней среды, обеспечении постоянства важнейших физиологических показателей (гомеостаза), а также в реакциях организма на стресс.

При нарушении деятельности желез внутренней секреции возникают заболевания, называемые эндокринными. Нарушения могут быть связаны либо с усиленной (по сравнению с нормой) деятельностью железы — гиперфункцией, при которой образуется и выделяется в кровь увеличенное количество гормона, либо с пониженной деятельностью железы — гипофункцией, сопровождаемой обратным результатом.

К важнейшим железам внутренней секреции относятся щитовидная, надпочечники, поджелудочная, половые, гипофиз. Эндокринной функцией обладает и гипоталамус (подбугровая область промежуточного мозга). Поджелудочная и половые железы являются железами смешанной секреции, так как кроме гормонов они вырабатывают секреты, поступающие по выводным протокам, т. е. выполняют функции и желез внешней секреции.

Щитовидная железа расположена по бокам трахеи чуть ниже щитовидного хряща гортани. Гормоны щитовидной железы (тироксин и трииодтиронин) в своем составе имеют йод, поступление которого с водой и пищей является необходимым условием ее нормального функционирования.

Гормоны щитовидной железы регулируют обмен веществ, усиливают окислительные процессы в клетках и расщепление гликогена в печени, влияют на рост, развитие и дифференцировку тканей, а также на деятельность нервной системы. При гиперфункции железы развивается базедова болезнь. Ее основные признаки: разрастание ткани железы (зоб), пучеглазие, учащенное сердцебиение, повышенная возбудимость нервной системы, повышение обмена веществ, потеря веса. Гипофункция железы у взрослого человека приводит к развитию микседемы (слизистый отек), проявляющейся в снижении обмена веществ и температуры тела, увеличении массы тела, отечности и одутловатости лица, нарушении психики. Гипофункция железы в детском возрасте вызывает задержку роста и развитие карликовости, а также резкое отставание умственного развития (кретинизм).

Надпочечники — парные железы, прилегающие к верхним полюсам почек. Как и почки, надпочечники имеют два слоя: наружный — корковый, и внутренний — мозговой, являющиеся самостоятельными секреторными органами, вырабатывающими разные гормоны с различным характером действия.

Клетками коркового слоя синтезируются гормоны, регулирующие минеральный, углеводный, белковый и жировой обмен. Так, при их участии регулируется уровень натрия и калия в крови, поддерживается определенная концентрация глюкозы в крови, увеличивается образование и отложение гликогена в печени и мышцах. Последние две функции надпочечники выполняют совместно с гормонами поджелудочной железы. При гипофункции коркового слоя надпочечников развивается бронзовая, или адди-сонова, болезнь. Ее признаки: бронзовый оттенок кожи, мышечная слабость, повышенная утомляемость, понижение иммунитета.

Мозговым слоем надпочечников вырабатываются гормоны адреналин и норадреналин. Они выделяются при сильных эмоциях —- гневе, испуге, боли, опасности. Поступление этих гормонов в кровь вызывает учащенное сердцебиение, сужение кровеносных сосудов (кроме сосудов сердца и головного мозга), повышение артериального давления, усиление расщепления гликогена в клетках печени и мышц до глюкозы, угнетение перистальтики кишечника, расслабление мускулатуры бронхов, повышение возбудимости рецепторов сетчатки, слухового и вестибулярного аппаратов. В результате происходит перестройка функций организма в условиях действия чрезвычайных раздражителей и мобилизация сил организма для перенесения стрессовых ситуаций.

Поджелудочная железа имеет особые островковые клетки, которые вырабатывают гормоны инсулин и глюкагон, регулирующие углеводный обмен в организме. Так, инсулин увеличивает потребление глюкозы клетками, способствует превращению глюкозы в гликоген, уменьшая таким образом количество сахара в крови. Благодаря действию инсулина содержание глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне, благоприятном для протекания процессов жизнедеятельности. При недостаточном образовании инсулина уровень глюкозы в крови повышается, что приводит к развитию болезни сахарный диабет. Не использованный организмом сахар выводится с мочой. Больные пьют много воды, худеют. Для лечения этого заболевания необходимо вводить инсулин. Другой гормон поджелудочной железы — глюкагон —является антагонистом инсулина и оказывает противоположное действие, т. е. усиливает расщепление гликогена до глюкозы, повышая ее содержание в крови.

Важнейшей железой эндокринной системы организма человека является гипофиз, или нижний придаток мозга. В нем образуются гормоны, стимулирующие функции других эндокринных желез. В гипофизе выделяют три доли: переднюю, среднюю и заднюю, — и каждая из них вырабатывает разные гормоны. Так, в передней доле гипофиза вырабатываются гормоны, стимулирующие синтез и секрецию гормонов щитовидной железы (тиреотропин), надпочечников (кортикотропин), половых желез (гонадотропин), а также гормон роста (соматотропин). При недостаточной секреции соматотропина у ребенка тормозится рост и развивается заболевание гипофизарная карликовость (рост взрослого человека не превышает 130 см). При избытке гормона, наоборот, развивается гигантизм. Повышенная секреция соматотропина у взрослого вызывает болезнь акромегалию, при которой разрастаются отдельные части тела — язык, нос, кисти рук. Гормоны задней доли гипофиза усиливают обратное всасывание воды в почечных канальцах, уменьшая мочеотделение (антидиуретический гормон), усиливают сокращения гладких мышц матки {окситоцин).

Половые железы — семенники, или яички, у мужчин и яичники у женщин — относятся к железам смешанной секреции. Семенники вырабатывают гормоны андрогены, а яичники — эстрогены. Они стимулируют развитие органов размножения, созревание половых клеток и формирование вторичных половых признаков, т. е. особенностей строения скелета, развития мускулатуры, распределения волосяного покрова и подкожного жира, строения гортани, тембра голоса и др. у мужчин и женщин.

Внешнесекреторная функция яичников и семенников заключается в образовании и выведении по половым протокам яйцеклеток и сперматозоидов соответственно.

Гипоталамус. Функционирование желез внутренней секреции, в совокупности образующих эндокринную систему, осуществляется в тесном взаимодействии друг с другом и взаимосвязи с нервной системой. Вся информация из внешней и внутренней среды организма человека поступает в соответствующие зоны коры больших полушарий и другие отделы мозга, где осуществляется ее переработка и анализ. От них информационные сигналы передаются в гипоталамус — подбугровую зону промежуточного мозга, и в ответ на них он вырабатывает регуляторные гормоны, поступающие в гипофиз и через него оказывающие свое регулирующее воздействие на деятельность желез внутренней секреции. Таким образом, гипоталамус выполняет координирующую и регулирующую функции в деятельности эндокринной системы человека.

Физиология мышечной системы.

Мышцы представляют активную часть двигательного аппарата, в результате их сокращения происходят различные движения. По функциональному признаку все мышцы подразделяются на две группы: произвольные и непроизвольные мышцы.

Произвольные мышцы состоят из поперечнополосатой мышечной ткани и сокращаются по воле человека (произвольно). В эту группу входят все мышцы головы, туловища и конечностей, т. е. скелетные мышцы, а также мышцы некоторых внутренних органов (языка, гортани и др.).

Непроизвольные мышцы состоят из гладкой мышечной ткани и находятся в стенках внутренних органов и кровеносных сосудов, а также в коже. Сокращения этих мышц не зависят от воли человека (происходят непроизвольно).

Следует иметь в виду, что сердечная мышца хотя и сокращается непроизвольно, но состоит из поперечнополосатой мышечной ткани особого строения.

В человеческом организме более 400 скелетных мышц, общий вес их у взрослого человека составляет около 2/5 веса тела.

Скелетные мышцы имеют сложное строение. В состав их входят мышечные волокна различной длины, которые располагаются обычно параллельно друг другу и объединяются в пучки. Каждая мышца состоит из множества таких пучков. Отдельные мышечные пучки и вся мышца имеют тонкую соединительнотканную оболочку. Кроме того, группа мышц или отдельные мышцы покрыты более плотной соединительнотканной пластинкой, носящей название фасции. Мышцы на своих концах имеют сухожилия, при помощи которых прикрепляются к костям.

Сухожилие состоит из плотной волокнистой соединительной ткани и свойством сократимости не обладает. Сухожилие, имеющее форму широкой полосы, называют апоневрозом.

В состав каждой скелетной мышцы, помимо мышечных волокон и соединительной ткани, входят кровеносные сосуды и нервы. По сосудам кровь приносит в мышцы питательные вещества и уносит из них продукты распада. Посредством нервов осуществляется связь мышц с центральной нервной системой. В мышцах имеются как двигательные, так и чувствительные нервные волокна. По чувствительным волокнам передается в мозг информация о том, в каком состоянии находится мышца. Этот вид чувствительности носит название мышечного чувства. По двигательным волокнам передаются из мозга нервные импульсы, под влиянием которых мышца сокращается. Повреждение нервов, идущих к мышцам, вызывает нарушение произвольных движений (паралич мышц).

В зависимости от величины и формы различают длинные, широкие и короткие мышцы. Длинные мышцы располагаются преимущественно на конечностях и в свою очередь имеют различное строение (рис. 44). Широкие мышцы находятся на туловище, короткие - между ребрами и позвонками.

Почти все мышцы перебрасываются через один, два или несколько суставов и при своем сокращении производят в них движение. Наиболее распространенные виды движения - сгибание и разгибание, отведение и приведение, вращение. Обычно мышцы, производящие сгибание, находятся спереди, а осуществляющие разгибание - сзади от суставов. Только в коленном и голеностопном суставах передние мышцы, наоборот, производят разгибание, а задние - сгибание. Мышцы, лежащие снаружи от суставов, выполняют функцию отведения, а лежащие внутри от них - приведения. Вращение осуществляют мышцы, располагающиеся косо или поперечно по отношению к вертикальной оси.

Изучая мышцы, в анатомии пользуются терминами "неподвижная точка" (начало мышцы) и "подвижная точка" (прикрепление мышцы). Первым термином обозначается тот конец мышцы, который при ее сокращении остается неподвижным, т. е. не перемещается в "пространстве, вторым термином - подвижный конец мышцы. При изменении положения тела и его отдельных частей эти точки у большинства мышц будут меняться местами, т. е. неподвижная точка становится подвижной и наоборот. При определении функции мышц условно принято различать мышцы-синергисты и мышцы-антагонисты. Синергисты - это мышцы, производящие одновременно движение в одном направлении, антагонисты - мышцы, несущие противоположную функцию. Например, в сгибании туловища принимает совместное участие несколько мышц; все они являются синергистами. Другие мышцы разгибают туловище; они антагонисты сгибателей. Работа различных групп мышц происходит согласованно. Так, если мышцы-сгибатели сокращаются, то мышцы-разгибатели в это время расслабляются. Благодаря этому движения различных частей тела человека совершаются плавно. В большинстве движений (ходьба, бег и т. п.) участвует множество мышц, причем сокращение и расслабление различных групп мышц происходят в строгом порядке и с определенной силой. Такая согласованность движений носит название координации движений. Она осуществляется нервной системой. Для некоторых заболеваний характерно расстройство координации движений, при котором нарушается плавный характер движений: они становятся несоразмеренными, толчкообразными.

Фасции. Фасция представляет собой плотную соединительнотканную пластинку, которая покрывает группу мышц или отдельную мышцу. В разных областях тела фасции имеют различную толщину. Свое название они обычно получают по той области, в которой находятся (фасции плеча, предплечья и др.). Фасция одной области переходит в фасцию другой области. Соединительнотканные влагалища, образованные фасциями для мышц, препятствуют смещению их в стороны. Большой вклад в учение о фасциях человеческого тела сделал знаменитый русский хирург Н. И. Пирогов.

Строение почки. Механизм работы почки.

В течение суток человек потребляет более 2 л воды (примерно 1,5 л в жидком виде и около 0,7 л с твердой пищей). Еще примерно 0,4 л воды образуется в сутки в организме в ходе реакций катаболизма («метаболитная вода»). Выводится вода из организма через легкие (около 0,5 л), кожу (около 0,5 л), немного с калом (0,3 – 0,4 л) и в основном – через почки (1,5 – 2 л).

Почки находятся рядом с брюшной аортой, поэтому через них проходит большой объем крови (20 – 25 % всего минутного объема кровотока), благодаря чему почки способны эффективно очищать кровь от токсичных продуктов метаболизма.

Функции почек:

1) экскреторная, заключающаяся в образовании мочи и включающая процессы фильтрации, реабсорбции и секреции;

2) инкреторная, заключающаяся в синтезе и выделении в кровь биологически активных веществ;

3) гомеостатическая, заключающаяся в поддержании водного, солевого и кислотно-щелочного баланса, регуляции артериального давления;

4) метаболическая, заключающаяся в некоторых особенностях метаболизма, в первую очередь белков и глюкозы в почках;

Структура нефрона. Нефрон является структурно-функциональной единицей почки (рисунок 1.). В каждой почке содержится примерно 1 млн. нефронов. Он начинается с почечного тельца, представляющего собой заключенный в капсулу Шумлянского-Боумена сосудистый клубочек (20 – 50 капиллярных петель), который образуется путем разветвления приносящей артериолы на капилляры и заканчивается их объединением в выносящую артериолу. Диаметр приносящей артериолы почти в 1,5 раза больше, чем выносящей, что обеспечивает высокий уровень гидростатического давления крови в капиллярах клубочка. Капсула Шумлянского-Боумена переходит в проксимальный извитой каналец, за которым следует петля Генле, включающая нисходящее и восходящее колено, имеющие в своем составе тонкую и широкую части. Последняя переходит в дистальный извитой каналец, впадающий в собирательную трубку, которая открывается на вершине сосочка мозгового вещества в малой почечной чашке. Выносящая артериола выходит из клубочка и распадается на множество капилляров, оплетающих всю канальцевую систему и собирающихся затем в почечную венулу и далее в вену.

Строение нефрона

Рисунок 1. Строение нефрона:

1 – капсула Шумлянского-Боумена, 2 – сосудистый клубочек, 3 – проксимальный извитой каналец, 4 и 5 – соответственно широкая и узкая части нисходящего колена петли Генле, 6 и 7 – узкая и широкая части восходящего колена петли Генле, 8 – дистальный извитой каналец, 9 – собирательная трубка, 10 – приносящая артериола, 11 – выносящая артериола, 12 – юкстагломерулярный аппарат

Таким образом, особенностью кровообращения почек является наличие двойной сети капилляров, т.е. в почках артериолы делятся на капилляры дважды. Первый раз – между приносящей и выносящей артериолами, образуя сосудистый клубочек, и второй раз – между выносящей артериолой и венулой, образуя сеть капилляров вокруг извитых канальцев, в которых происходит обратное поступление воды и различных ионов из первичной мочи назад в кровь.

В треугольном пространстве между приносящей и выносящей артериолами и прилегающим к ним дистальным канальцем находятся специальные клетки, образующие юкстагломерулярный аппарат почек, в котором образуются гормоны ренин, эритропоэтин и др.

Нервная и гуморальная регуляция работы выделительного аппарата.

Нервная регуляция. Симпатические нервы, иннервирующие почки, в основном являются сосудосуживающими. При их раздражении уменьшается выделение воды и увеличивается выведение натрия с мочой. Это обусловлено тем, что количество притекающей к почкам крови уменьшается, давление в клубочках падает, а следовательно, снижается и фильтрация первичной мочи. Перерезка симпатического нерва, иннервирующего почки, приводит к увеличению отделения мочи. Однако при возбуждении симпатической нервной системы фильтрация мочи может и усилиться, если суживаются выносящие артериолы клубочков.

При болевых раздражениях рефлекторно уменьшается диурез вплоть до полного его прекращения (болевая анурия). Сужение почечных сосудов в этом случае происходит в результате возбуждения симпатической нервной системы и увеличения секреции гормона вазопрессина, обладающего сосудосуживающим действием. Раздражение парасимпатических нервов увеличивает выведение с мочой хлоридов за счет уменьшения их обратного всасывания в канальцах почек.

Кора головного мозга вызывает изменения в работе почек или непосредственно через вегетативные нервы, или через нейроны гипоталамуса. В ядрах гипоталамуса образуется антидиуретический гормон (вазопрессин).

Гуморальная регуляция. Вазопрессин увеличивает проницаемость стенки дис-тальных извитых канальцев и собирательных трубок для воды и тем самым способствует ее обратному всасыванию, что приводит к уменьшению мочеотделения и повышению осмотической концентрации мочи. При избытке вазопрессина может наступить полное прекращение мочеобразования. Недостаток гормона в крови вызывает развитие тяжелого заболевания — несахарного диабета, или несахарного мочеизнурения. При этом заболевании выделяется большое количество светлой мочи с незначительной относительной плотностью, в которой отсутствует сахар.

• Альдостерон (гормон коркового вещества надпочечников) способствует реабсорбции ионов натрия и выведению ионов калия в дистальных отделах канальцев. Гормон тормозит обратное всасывание кальция и магния в проксимальных отделах канальцев.

Состав крови. Функции крови.

Кровь человека составляет примерно 8% от массы тела. Кровь состоит из клеток, клеточных фрагментов и водного раствора, плазмы. Доля клеточных элементов в общем объеме называется гематокритом и составляет примерно 45%.

Функции крови. Кровь осуществляет в организме различные функции. Она является транспортным средством, поддерживает постоянство «внутренней среды» организма (гомеостаз) и играет главную роль в защите от чужеродных веществ.

Транспорт. Кровь переносит газы — кислород и диоксид углерода, а также питательные вещества к печени и другим органам после всасывания в кишечнике. Такой транспорт обеспечивает снабжение органов и обмен веществ в тканях, а также последующий перенос конечных продуктов метаболизма для их выведения из организма легкими, печенью и почками. Кровь осуществляет также перенос гормонов в организме.

Гомеостаз. Кровь поддерживает водный баланс между кровеносной системой, клетками (внутриклеточным пространством) и внеклеточной средой. Кислотно-основное равновесие в крови регулируется легкими, печенью и почками. Поддержание температуры тела также зависит от контролируемого кровью транспорта тепла.

Защита. Против чужеродных молекул и клеток, проникающих в организм, кровь обладает неспецифическими и специфическими механизмами защиты. К специфической защитной системе относятся клетки иммунной системы и антитела (см. с. 286 и сл.).

Гемостаз. Для предотвращения кровопотери при повреждении кровеносных сосудов в крови существует эффективная система коагуляции — физиологическое свертывание. Растворение кровяных сгустков (фибринолиз) также обеспечивается кровью.

Клетки крови. Нерастворимыми элементами крови являются эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Ввиду особой важности эритроцитов их биохимические характеристики рассмотрены более подробно на сс. 274-279.

К лейкоцитам принадлежат различные формы гранулоцитов, моноцитов и лимфоцитов. Эти клетки различаются между собой размерами, функцией и местом образования.

Тромбоциты являются клеточными фрагментами больших клеток-предшественников мегакариоцитов костного мозга. Главная функция тромбоцитов — участие в коагуляции крови.

Состав плазмы крови. Плазма крови является водным раствором электролитов, питательных веществ, метаболитов, белков, витаминов, следовых элементов и сигнальных веществ.

Определение электролитного состава плазмы крови проводится в клинико-химических лабораториях. По сравнению с составом цитоплазмы в плазме крови обращают внимание относительно высокие концентрации ионов Na+, Са2+ и Cl-. Напротив, концентрации ионов К+, Mg2+ и фосфата ниже, чем в клетках. Концентрация белков также ниже, чем в клетках. Электролитный состав плазмы напоминает морскую воду, что указывает на эволюцию форм жизни из моря.

Жидкая фаза, остающаяся после свертывания крови, называется сывороткой. Она отличается от плазмы тем, что не содержит фибриногена и других белков, которые отделяются при коагуляции крови.

Роль крови в поддержании гомеостаза организма.

Важнейшим показателем постоянства внутренней среды организма является рН крови, так как абсолютное большинство обменных реакций наиболее активно протекает только при определенных значениях рН. Кровь млекопитающих и человека имеет слабощелочную реакцию: рН артериальной крови составляет 7,35-7,48, венозной – на 0,02 ниже. Если возникает сдвиг рН в кислую сторону, это называется ацидоз, если в щелочную – алкалоз.

Несмотря на непрерывное поступление в кровь кислых и щелочных продуктов обмена, рН крови поддерживается на достаточно постоянном уровне (одна из важнейших констант гомеостазиса) – кислотно-щелочное равновесие (КЩР).

Главные пути поддержания рН на постоянном уровне:

- буферные системы жидкой внутренней среды (крови);

- выделение углекислого газа легкими;

- выделение кислых или удержание щелочных продуктов почками.

В крови существуют следующие буферные системы: бикарбонатная, фосфатная, белков плазмы крови, гемоглобиновая.

Бикарбонатная буферная система состоит из угольной кислоты, бикарбонатов натрия и калия. При поступлении в плазму крови более сильной кислоты, чем угольная, анионы сильной кислоты взаимодействуют с катионами натрия и образуют нейтральную соль. А ионы водорода соединяются с бикарбонатными анионами НСО3- , в результате чего образуется малодиссоциирующая угольная кислота. Под действием содержащейся в эритроцитах карбоангидразы угольная кислота распадается на СО2 и Н2О. Углекислый газ выделяется, и рН не меняется. Если же в кровь поступают щелочные соединения, они реагируют с угольной кислотой, образуя бикарбонаты и воду, а рН опять поддерживается на постоянном уровне. Эта система регуляции рН осуществляется за счет регуляции частоты дыхания и соответственно количества выделяемого СО2.

Фосфатная буферная система состоит из смеси однозамещенного и двузамещенного фосфата натрия. Первый слабо диссоциирует и обладает свойствами слабой кислоты, второй имеет свойства слабой щелочи. При поступлении в кровь кислоты или щелочи они взаимодействуют с одним из этих фосфатов, в результате рН крови не меняется.

Белки плазмы крови участвуют в регуляции рН благодаря присущим им свойством амфотерности: с кислотами они вступают в реакцию как основания, а с основаниями – как кислоты.

Гемоглобиновая буферная система составляет примерно 75% всех буферных систем крови. Гемоглобин в восстановленном виде является очень слабой кислотой, в окисленном – более сильной кислотой.

Обычно в организме кислых продуктов образуется больше, чем щелочных. Опасность сдвига рН в кислую сторону («закисления») предотвращается тем, что что запасы щелочных веществ в крови, представленные в основном щелочными солями слабых кислот, во много раз превышают запасы кислот. Поэтому эти соли рассматривают как «щелочной резерв крови». Щелочной резерв измеряют количеством СО2(мл), которое может быть связано 100 мл крови при напряжении СО2 в плазме, равном 40 мм рт.ст.

Строение и работа сердца.

Стенка сердца состоит из трех слоев: внутренний эндотелиальный слой с клапанами – эндокард, средний мышечный слой – миокард и наружный соединительнотканный, покрытый однослойным эпителием, – эпикард. Средний слой стенки сердца (миокард) образован мышечными клетками – кардиомиоцитами. Миокард по строению относится к поперечно-полосатым мышцам, но имеет ряд особенностей. Кардиомиоциты плотно соединены друг с другом, образуя функционально единую ткань – синцитий, благодаря чему осуществляется быстрое проведение возбуждения и одновременное сокращение всего сердца.

Мышца сердца сокращается по закону «все или ничего», так как в ней есть тесные контакты между отдельными мышечными клетками – так называемые нексусы, или участки тесного контакта (общая часть мембран), в результате чего возбуждение беспрепятственно идет с одной клетки на другую. Миокард – это функционально единая система, поэтому возбуждение быстро охватывает всю мышцу и происходит одновременное сокращение всех мышечных клеток желудочков.

Проведение возбуждения в миокарде ко всем рабочим кардиомиоцитам выполняет проводящая система сердца, которая образована атипичными мышечными клетками. Благодаря этим клеткам, миокард обладает специфическими свойствами:

1) автоматия – способность атипичных мышечных клеток проводящей системы генерировать импульсы без каких-либо внешних воздействий;

2) проводимость – способность проводящей системы к передаче возбуждения;

3) возбудимость – способность клеток мышцы сердца возбуждаться под действием импульсов, которые приходят по проводящей системе сердца;

4) сократимость – способность сокращаться под действием этих импульсов.

Нервная и гуморальная регуляция сердечной деятельности.

Показатели работы сердца рефлекторно изменяются в зависимости от напряжения О2 и СО2 в крови, от объема протекающей крови, от эмоционального состояния и физической нагрузки. Так, при физической нагрузке ударный объем может увеличиться в 2 – 3 раза, частота сокращений – в 3 – 4 раза, минутный объем кровообращения – в 4 – 5 раз. Механизмы регуляции работы сердца включают в себя интракардиальные и экстракардиальные части.

Интракардиальные механизмы в свою очередь подразделяются на миогенные (внутриклеточные) и нервные (за счет внутрисердечной нервной системы).

Внутриклеточные механизмы обусловлены свойствами кардиомиоцитов и лежат в основе закона Франка – Старлинга: чем больше растягивается миокард во время диастолы, тем сильнее он сокращается во время систолы, т.е. чем больше крови поступает в желудочки, тем сильнее они потом сокращаются. Феномен Анрепа заключается в том, что чем больше сопротивление выбросу крови из желудочков (например, при сужении аорты), тем сильнее происходит сокращение желудочков. Феномен Боудича (или феномен лестницы) проявляется в том, что чем больше частота сердечных сокращений, тем сильнее сила сокращений.

Нервные внутрисердечные механизмы осуществляются рефлексами, дуги которых замыкаются в пределах сердца.

Экстракардиальные механизмы подразделяются на нервные и гуморальные механизмы, которые осуществляются за счет структур ЦНС, внесердечных вегетативных ганглиев, желез внутренней секреции. Экстракардиальные нервные влияния осуществляются вегетативной нервной системой. Парасимпатические волокна в составе блуждающего нерва оказывают угнетающее влияние на частоту и силу сердечных сокращений, а также понижают возбудимость и проводимость сердечной мышцы. Сердце находится под постоянным тормозным влиянием со стороны блуждающего нерва.

Симпатическая иннервация сердца осуществляется симпатическими волокнами в основном через β-адренорецепторы, активация которых вызывает увеличение силы и частоты сердечных сокращений. Ее влияние, в отличие от влияния блуждающего нерва, проявляется периодически.

Регуляция работы сердца может осуществляться благодаря собственным рефлексам сердечно-сосудистой системы, которые возникают при раздражении рецепторов самой сердечно-сосудистой системы. Например, при снижении давления в аорте происходит рефлекторное увеличение частоты сердцебиений, при недостатке кислорода развивается рефлекторная тахикардия, а при дыхании чистым О2 – брадикардия. Эти реакции очень чувствительны: увеличение частоты сердцебиения наблюдается уже при снижении напряжения кислорода всего на 3 %, когда никаких признаков гипоксии в организме еще не обнаруживается. Они осуществляются посредством артериальных хеморецепторов, реагирующих на изменения содержания О2 в крови. При увеличении давления и растяжения полых вен и правого предсердия частота и сила сердечных сокращений увеличиваются (рефлекс Бейнбриджа).

Есть еще и сопряженные кардиальные рефлексы, обусловленные раздражением рефлексогенных зон, не принимающих прямого участия в регуляции кровообращения. Например, рефлекс Гольца: урежение сердцебиений (вплоть до полной остановки сердца) в ответ на раздражение механорецепторов брюшины или органов брюшной полости (при проведении операций на брюшной полости, при нокауте у боксеров). Рефлекторная остановка сердца может быть при резком охлаждении кожи живота (например, при нырянии в холодную воду). Также брадикардия имеет место при надавливании на глазные яблоки (рефлекс Ашнера).

Влияние ЦНС на работу сердца осуществляется через регуляторное воздействие гипоталамуса, лимбической системы и коры больших полушарий. В гипоталамусе находятся высшие центры регуляции вегетативных функций, которые влияют на активность симпатической и парасимпатической систем. Лимбическая система регулирует эмоциональные реакции, которые влияют на работу сердца.

Гуморальная регуляция осуществляется через систему эндокринных желез и выделение биологически активных веществ. Прямое или опосредованное действие на сердце оказывают практически все биологически активные вещества, содержащиеся в плазме крови. Например, гормоны мозгового вещества надпочечников адреналин, норадреналин вызывают усиление и учащение сердцебиений. Кортикостероиды, вазопрессин, глюкагон, тироксин действуют слабее, чем адреналин, но также увеличивают силу сердечных сокращений.

Сердце очень чувствительно к ионному составу протекающей крови. Недостаток в крови ионов калия, например, в результате действия мочегонных препаратов, может приводить к нарушениям сердечного ритма, недостаток кальция приводит к снижению силы сердечных сокращений.