2 курс / Нормальная физиология / Анатомия_и_физиология_для_чайников

Гла ва 1 7

Десять невероятн ых ф из иолоrи ч еских фа ктов

ВЭТО Й ГЛ А В Е ...

»Поразмы шляем о больш их пал ьцах, волосах и носе

»Подружимся с микробами, молоком и аппендиксом

»Вдохнем кислород и транспорти руем его с гемоглобином

Как и в случае со всеми остальными продуктами, основными компонен­ тами молока являются углеводы, белки и жиры. Соотношение этих компо­ нентов в водянистом растворе и конкретные молекулы углеводов, белков и жиров в молоке каждого вида точно адаптированы к потребностям дете­ нышей этого вида. Человеческое молоко является идеальным питанием для медленно растущего теплокровного новорожденного: с низким содержанием белка (в крысином молоке его в 12 раз больше), с высоким содержанием лак­ тозы, с сахаром, калорийность которого в два раза превышает калорийность глюкозы, и с высоким содержанием незаменимых жирных кислот, необхо­ димых для развития нервной системы. (Как мы обсуждаем в главе 15, из-за конфигурации женского таза ребенок рождается с относительно неразвитым мозгом.)

Человеческое молоко содержит много других веществ, которые по-разно­ му влияют на питание и развитие. Молоко и его предшественник, молозиво, по существу, передают ребенку часть иммунной системы матери, пока у него не развилась его собственная: В-клетки, Т-клетки, нейтрофилы, макрофаги и антитела (см. главу 13). Благодаря содержанию лактоферрина и железосвязы­ вающего белка то небольшое количество железа, которое содержится в мо­ локе, полностью абсорбируется через пищеварительную мембрану. Молоко также содержит человеческие гормоны и факторы роста, которые, по мне­ нию некоторых, необходимы для оптимального развития мозга и других ор­ ганов.

Это очевидно: наш и волосы раз ные

Наряду с молоком определяющей характеристикой класса млекопитаю­ щих являются волосы. Этот класс обнаружил, что волосы представляют со­ бой очень полезный аксессуар и нашел ему массу применений: механическая защита, защита от ультрафиолетового излучения, терморегуляция, половой отбор, социальная сигнализация и гидроизоляция.

Человеческий род отличается явным отсутствием волос. Эволюционные теоретики предполагают, что ранние предки людей были примерно такими же волосатыми, как гориллы, и использовали свои волосы всеми вышеупо­ мянутыми способами, благодаря чему arrector pili (крошечные мышцы, из-за которых вы покрываетесь гусиной кожей) приобрели еще более важное зна­ чение. Что же могло спровоцировать столь резкие изменения в столь полез­ ном аксессуаре?

Анатомы отмечают, что люди не "потеряли" свои волосы - кожа покры­ та волосяными фолликулами примерно такой же плотности, как и у других

ГЛАВА 1 7 Десять невероятных физиологических фактов

ли случай одной женщины с частично нефункциональной миндалиной. Эта пациентка не способна испытывать эмоцию страха. Врачи пробовали все, и не только в исследовательских целях, ведь полное отсутствие страха явля­ ется признаком плохой адаптации; оно угрожает ее благополучию и выжи­ ванию. Эта пациентка была ранена и пострадала в ситуациях, от которых нормальный, здоровый страх удержал бы ее подальше.

Некоторые исследователи-нейропсихиатры предполагают, что миндале­ видное тело развивается как часть защитного механизма. Вероятно, на ран­ нем этапе эволюции позвоночных они реагировали на изменения в хими­ ческой среде, заставляя живые организмы удаляться от токсичных веществ. Новые организмы адаптировали этот функционал, чтобы воспринимать но­ вые стимулы в окружающей среде и реагировать на них. Удалиться от раз­ литых химических веществ - это по-прежнему образец правильного реф­ лексивного поведения, основанного на страхе. Такое поведение, связанное с выживанием, обусловлено наличием сети между лобными долями и мозжеч­ ковыми миндалинами.

В ы хорошо пахнете!_ _ _ _ _ _ _ _

Часто говорят, что по сравнению с другими животными человеческий нос плохо собирает информацию, получаемую от летучих молекул в окружаю­ щей среде. Как же можно сравнивать человеческое обонятельное ощущение с обонятельным ощущением других животных?

Как и у других млекопитающих, обонятельные структуры человека распо­ ложены на границе мозга и дыхательных путей. Специализированные нейро­ ны, называемые обонятельными нейронами, - а на самом деле это выступы на мозге - находятся прямо на границе носовых проходов, сзади и немного выше ноздрей.

На плазматической мембране обонятельного нейрона находятся обоня­ тельные рецепторы. Ольфакторный (обонятельный) рецептор распознает оп­ ределенную химическую особенность молекулы запаха, но эта особенность имеется у многих видов молекул запаха. Данный рецептор может связывать любые молекулы запаха, которые имеют эту особенность. Таким образом, у людей нет единого рецептора для кофе, или лаванды, или мокрой псины. У них много рецепторов для многих видов молекул, выпущенных в воздух и втянутых в нос. Мозг формирует свое обонятельное восприятие окружа­ ющей среды путем суммирования сигналов от различных рецепторов. Этот процесс похож на процесс видения. Распознавание запахов подобно распоз­ наванию визуальных объектов, которое основано на совокупности множест-

ГЛАВА 1 7 Десять невероятных физиологических фактов

ва различных импульсов, полученных от сетчатки. Комбинация рецепторов, сообщающихся с мозгом, позволяет нам различать около 50 ООО различных ароматов.

Эксперименты в молекулярной биологии в начале 1990-х годов позволи­ ли идентифицировать и клонировать в исследовательских целях большое семейство обонятельных рецепторов. Эти эксперименты показали, что коли­ чество генов, кодирующих эти рецепторы, является самым большим в геноме млекопитающих. У некоторых животных имеется больше тысячи различных рецепторов; у людей их около 450. Один из каждых 50 человеческих генов предназначен для рецептора запаха !

Основываясь на информации, полученной от сложного набора обонятель­ ных рецепторов, мозг может определить концентрацию окружающего запаха и отличить сигнал нового запаха от фонового запаха - именно так вы при­ выкаете к запаху.

Благодаря 450 обонятельным рецепторам люди обладают утонченным вкусом, который позволяет им наслаждаться, возможно, сотнями разных вкусных блюд. Помимо удовольствия эта способность, возможно, помогла людям открыть новые источники пищи, когда они перешли в новую клима­ тическую среду.

Для тысяч миллионов крошечных существ ваш кишечник - единствен­ ная вселенная, которую они знают. Они живут и умирают в этой теплой, влажной, богатой питательными веществами, защищенной иммунитетом среде. Они работают всю свою жизнь, обслуживая свое сообщество и свою вселенную и соблюдая законы термодинамики. Эти хорошие граждане ки­ шечника адаптированы именно к этой среде, они являются симбиотическими организмами и больше не выживут нигде.

Во внутренних тканях - в крови, костях, мышцах и других - микробов, как правило, нет. Но на поверхностных тканях - на коже, в пищеваритель­ ном и дыхательном трактах, а также в женском урогенитальном тракте - живут характерные колонии симбиотических микроорганизмов. Термин симбиоз описывает кооперативную и взаимную связь между большими орга­ низмами и микроорганизмами. Симбиоз, по определению, выгоден для всех. Это возвращает нас к вашей вспомогательной роли в качестве господина или госпожи Вселенной.

Микробиологические колонии получают от своего "хозяина" (конкретного

человеческого тела) постоянное снабжение питательными веществами, ста-

ЧАСТЬ 6 Великолепные десятки

бильную окружающую среду и защиту. Хозяин получает помощь в решении некоторых сложных пищеварительных задач, в стимуляции развития и ак­ тивности иммунной системы и в защите от колонизации другими (патоген­ ными) микробами. Не сомневайтесь, вам будет очень трудно переваривать типичную человеческую пищу и получать из нее питательные вещества без этих микробов.

Если учитывать только количество клеток, то вы больше бактерия, чем человек, потому что бактериальные клетки превосходят по количеству ваши по меньшей мере в 1 О раз. Обычно в той или иной симбиотической колонии человека встречается более 200 видов бактерий. Количество и вид микробов

вколонии зависят от различных характеристик хозяина, включая его воз­ раст, пол, диету и набор генов. Итак, возникает вопрос: если эти микробы

впрямом смысле жизненно важны для вашего выживания, и вы в таком же прямом смысле жизненно важны для их выживания, это изменит ваше вос­ приятие "вас" и "их"?

Досадн ы й ап пендикс_ _ _ _ _ _ _

Ваш бедный маленький аппендикс имеет довольно дурную славу - не зря его описывают такими словами, как рудиментарный (правильный термин для органа без функции). Хотя наш аппендикс намного меньше, чем у наших предков, охотников и собирателей (у современных людей это отросток дли­ ной около 10 см, который находится там, где тонкий кишечник встречается с толстым кишечником), называть его бесполезным не совсем справедливо.

Давным-давно наша диета была богата растительностью - много лис­ товой зелени, орехов, ягод и даже коры. Мы не производим и никогда не производили фермент для разрушения целлюлозы, которая является основ­ ным углеводом в растительных структурах. Из-за этого, когда химус (перева­ ренная пища) доходил до толстого кишечника, он был более громоздким, и для него была нужна более крупная слепая кишка (мешкоподобный первый сегмент толстого кишечника). В аппендиксе, размер которого также был на­ много больше в то время, находились бактерии, которые производили цел­ люлазу - фермент для расщепления целлюлозы. Они получали еду, а мы получали стул, который легче проходит.

Со временем мы начали выращивать собственную пищу и готовить ее. Мы перестали есть так много богатых целлюлозой продуктов и начали исполь­ зовать тепло, чтобы смягчать пищу (сравните сырую морковь и вареную). Слепая кишка уменьшилась в размерах, но сохранила свою функцию, потому что продолжает оставаться первой частью толстого кишечника. Аппендикс

ГЛАВА 1 7 Десять невероятных физиологических фактов

утратил свое предназначение, о чем свидетельствуют его крошечные разме­ ры и отсутствие какой-либо секреции. Следовательно, его классифицируют как рудиментарную структуру.

Это подтверждает и отсутствие осложнений при удалении аппендикса. Поскольку аппендикс представляет собой своего рода тупик, бактерии легко попадают в его ловушку. А если это не свойственная нам нормальная фло­ ра кишечника, она начинает размножаться, и возникает иммунная реакция организма: воспаление (известное как аппендицит). Это воспаление может пройти само по себе, но изолированность аппендикса увеличивает вероят­ ность разрыва, вследствие которого то, что вскоре должно было стать ва­ шими фекалиями, быстро распространяется в брюшной полости. Это плохо. Вот почему наиболее распространенным методом лечения аппендицита яв­ ляется удаление этого органа.

Однако последние исследования показали, что аппендикс состоит из лим­ фатической ткани, что указывает на его иммунную функцию. По данным дальнейших исследований, аппендикс очень похож на "конспиративную квартиру" для хороших бактерий. Каждый раз, когда вы принимаете антиби­ отик или страдаете от расстройства нижних отделов кишечника, вы теряете часть полезных бактерий. Если некоторые из них всегда болтаются в вашем аппендиксе, они могут легко заселить ваш толстый кишечник, прежде чем их место займут опасные бактерии. Таким образом, хотя вы прекрасно про­

Вам не нужно думать о своем дыхании. Равномерные вдохи и выдохи не прекращаются, пока вы спите и занимаетесь своими ежедневными делами. Глубина и ритм дыхания приспосабливаются к уровню ваших усилий. Просто поднимитесь по лестнице - дыхание само себя отрегулирует. Многие из нас умерли бы молодыми, если бы дыхание требовало постоянного внимания.

Но люди могут контролировать свое дыхание. Китообразные (киты и де­ льфины) тоже могут; по сути, им приходится это делать, а некоторые из них используют контроль дыхания, чтобы петь. Другие животные не могут - или, по крайней мере, тому нет видимых признаков. Собаки и волки, кото­ рые воют хором, на самом деле не контролируют свое дыхание.

Люди используют контроль дыхания, чтобы разговаривать. Они делают точно контролируемый выдох, который проходит через голосовые связки, в то время как длина и толщина голосовых связок изменяется, чтобы генери­

ровать звук разной частоты. Губы, язык, голосовая щель и другие структуры

ЧАСТЬ 6

производят вибрацию, позволяя вам произносить эти хорошо различимые звуковые символы, называемые словами и слогами. Пение, тесно связанное с разговором, требует еще более тонкого контроля дыхания. Мы сомневаемся, что такой гиперсоциальный, гиперкоммуникабельный вид, как Ното sapiens, мог бы достичь такого уровня развития, если бы не умел петь и говорить.

Различные религиозные практики и дыхательные дисциплины использу­ ют контроль дыхания в другом направлении. Традиционное физиологическое мышление скептически относится к мысли о том, что мозг может осознан­ но контролировать полностью автономные процессы дыхания. Тем не менее томографические исследования головного мозга и другие результаты экспе­ риментальных исследований показали, что у некоторых людей, давно прак­ тикующих медитацию, наблюдаются важные отличия в нейронных системах. Некоторые люди считают, что систематические упражнения по контролю ды­ хания могут быть полезны для многих систем органов, например сердечно­ сосудистой, пищеварительной, нервной и эндокринной.

Первый вдох_ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Все то время, что вы развивались в материнской утробе, ваши легкие были наполнены жидкостью (не проблема, потому что ваша мать "дыша­ ла" вместо вас, у вас все равно не было доступа к воздуху). Эта жидкость выжимается во время родов, а оставшаяся выкашливается после рождения. Некоторая часть ее поглощается легочной тканью. Итак, с первым криком после рождения легкие младенца сразу же наполняются воздухом и начина­ ют газообмен. Почему же тогда проблемы с дыханием являются основной проблемой для преждевременно рожденных младенцев?

Все дело в воде. Альвеолы, заполненные жидкостью, не могут осущест­ влять газообмен, но им требуется влага. Носовая полость нагревается (что­ бы ускорить движение молекул кислорода) и увлажняет воздух, когда мы его вдыхаем. Вот почему мы чувствуем сухость в ноздрях зимой - воздух суше и вытягивает больше влаги из слизистой. Но если бы альвеолы легких были покрыты одной лишь водяной пленкой, они бы схлопывались, теряя свою сферическую форму. Это происходило бы потому, что вода имеет высокое по­ верхностное натяжение. Ее отдельные молекулы сильно притягиваются друг к другу, а значит, притягивали бы друг к другу и тонкие стенки альвеол.

Очевидно, что в сжатую альвеолу не попадет воздух для газообмена. Чтобы противодействовать поверхностному натяжению воды, тем самым сохраняя сферическую форму альвеол, клетки секретируют сурфактант. Выработка этого поверхностно-активного вещества является одним из заключительных

ГЛАВА 1 7 Десять невероятных физиологических фактов