Человек. 
Естествознание

Физиология человека

Человек есть мера всем вещам — существованию — существующих и несуществованию — несуществующих.

Протагор (V в. до н.э.)

Физиология человека как наука о жизнедеятельности здорового организма человека и функциях его составных частей — клеток, тканей, органов и систем — зародилась в XVIII столетии. Основоположником физиологи как самостоятельной отрасли знаний является английский ученый Уилья Гарвей, открывший в 1628 г. большой круг кровообращения. Физиологи человека базируется па функционировании основных систем организм людей, таких как кровеносная, лимфатическая, пищеварительная, нервная дыхательная и др.

Физиологи Д. Экклс, Э. Хаксли, А. Ходжкин, установившие ионные механизмы важнейших физиологических процессов — возбуждения и торможения, отмечены Нобелевской премией. Как известно, нервы и мышц относятся к возбудимым образованиям. Это значит, что в ответ на раздражение в них возникают различные электрические потенциалы. Согласн ионно-мембранной теории биоэлектрических потенциалов, созданно в середине XX столетия А. Ходжкиным, Э. Хаксли, Б. Катцом, они обусловлены неодинаковой концентрацией ионов К+, №+, С1~ внутри и вн клетки и различной проницаемостью для них поверхностной мембраны Позже были открыты медиаторы (нейротрансмиттеры), что легло в основ учения о химическом механизме передачи нервного импульса.

Разработка И. П. Павловым учения об условных рефлексах позволило ему не только получить подтверждение сформулированной Сеченовы концепции о зависимости всех функций организма от окружающей среды, но и создать новое учение — физиологию высшей нервной деятельност человека и животных.

Организм и окружающая среда — это единая система, так как между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией (рис. 16.1) Энергия необходима организму для поддержания всех его жизненно важных функций. Она выделяется за счет окисления сложных органически соединений, т. е. белков, жиров и углеводов. Резервирование энергии происходит в основном в виде макроэргических связей АТФ (аденозинтри-фосфата).

Рис. 16.1. Схема обмена веществ и энергии в организме.

АТФ — это универсальный источник энергии в организме человека. Высвобождение энергии происходит за счет гидролиза ЛТФ, связанног с концевой фосфатной группой химической связью. Часть этой энерги выделяется в виде теплоты, необходимой для теплорегуляции. Так, пр сокращении мышц около 80% энергии теряется в виде тепла и только 20%В превращается в механическую работу.

Процессы обмена веществ, происходящие на клеточном и тканевом уровнях в организме человека, называют метаболизмом, который состои из двух противоположных процессов: анаболизма и катаболизма.

Анаболизм — это процесс биосинтеза органических веществ. Они обеспечивают рост, развитие организма, обновление его структур и накопление структурной энергии. Катаболизм — это процесс расщепления или окисления сложных молекул до простых веществ с выделением энергии и резервированием ее в виде АТФ. Эти процессы обеспечивают в организме белковый, углеводный! и жировой обмен. Белки — это биополимеры, в соста которых входят около 20 аминокислот, содержащих азот. Функции белко многообразны: пластическая (строительная), энергетическая, транспортная ферментативная и др. При сгорании 1 г белка в организме высвобождаетс 4,1 ккал энергии. Суточная потребность человека в белках не менее 85—90 г.

Жиры — это эфиры высших жирных кислот и глицерина. Их функции — энергетическая и структурная. Так, при сгорании в организме 1 г жир высвобождается 9,3 ккал энергии. В сутки потребность человека в жира составляет от 80 до 100 г. Жиры депонируются в организме в подкожно жировой клетчатке и в оболочках вокруг внутренних органов.

Углеводы — это вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Их можно условно разделить на три класса соединений: моносахариды (глюкоза); дисахариды (мальтоза); полисахариды (крахмал). Они выполняю энергетическую и пластическую функции, а также входят в состав нуклеиновых кислот (ДНК, РЫК) и АТФ. Потребность в углеводах составляе в сутки 350—450 г. Запасы углеводов в организме человека в виде животного крахмала — гликогена — имеются в печени и в скелетных мышцах.

Таким образом, соотношение в пищевом рационе основных питательных веществ составляет 1:1:4 (белков — жиров — углеводов).

В состав пищи входят также вода, минеральные (неорганические) вещества и витамины. Витамины — это особая группа веществ, не синтезируемых вовсе или синтезируемых в малых количествах в организме человека. Они необходимы для нормального обмена веществ, роста, развития человека, поддержания его здоровья. Все витамины подразделяются на водо-и жирорастворимые. К первой группе относятся витамин С, витамин группы В. Они содержатся в основном в продуктах растительного происхождения (овощах, фруктах). Источником жирорастворимых витамино (А, В, Е и К) является пища животного происхождения (молоко, яйца мясо, печень). Некоторые витамины (К и В₁₂) синтезируются микрофлорой кишечника. Недостаточные поступления витаминов в организм сопровождаются различными заболеваниями (авитаминозы).

В состав внутренней среды организма входит кровь, лимфа и тканевая жидкость. Внутренняя среда обладает динамическим постоянством констант — гомеостазом, являющимся условием независимого существовани организма человека. Гомеостаз — механизм, посредством которого живо организм поддерживает параметры своей внутренней среды, противодействуя внешним воздействиям, на таком постоянном уровне, который обеспечивает нормальную жизнь.

Функциями кровеносной системы являются следующие:

• 1. Поддержание гомеостаза.
• 2. Транспортная (перенос газов, питательных веществ, продуктов и метаболизма).
• 3. Терморегуляторная.
• 4. Защитная (участие в иммунных реакциях).
• 5. Экскреторная (выделительная) и др.

Объем крови в организме человека составляет 4—6 литров (или 6—8% от массы тела). Всего 40—45% крови движется по сосудам (в норме); пр нагрузке на организм кровь выходит из депо: селезенки, печени, легки и ее обмен увеличивается. Система кровообращения у человека — эт сердце и замкнутая система кровеносных сосудов, включающая артерии вены, капилляры, куда кровь поступает благодаря сокращениям сердца Сокращаясь, сердце выбрасывает порцию крови (70 мл) в артерии, при расслаблении в него вливается кровь из вен. Капилляры образуют густую сет длиной 200 000 км.

Масса сердца колеблется в пределах 200—400 г, по объему оно сопоставимо с кулаком. Сердце сокращается ритмично со средней частотой 75 раз в минуту. Объем крови, перекачиваемой сердцем за 1 мин, составляет 6 л, но может достигать и 30 л/мин, если человек находится в состоянии возбуждения или под большой физической нагрузкой. В нормальных условиях у взрослого человека максимальное (систолическое) давление крови в плечевой артерии составляет 110—125 мм рт. ст., а минимальное (диастолическое) — 70—85 мм рт. ст.

Система лимфообращения осуществляет постоянный отток межтканевой жидкости по направлению к сердцу. Лимфа служит для поддержания объема и состава тканевой жидкости, всасывания и переноса питательны веществ из пищеварительного канала в венозную систему, а также для участия в иммунных реакциях организма посредством доставки лимфоцитов антител и др. Лимфа поддерживает белковое постоянство крови. Ее движению способствуют ритмические сокращения стенок лимфатических сосудов и отрицательное (присасывающее) внутригрудное давление.

Основная функция органов дыхания — обеспечение тканей организма человека кислородом и освобождение их от углекислого газа. Внутриклеточное дыхание обеспечивает освобождение энергии, необходимой дл поддержания процессов жизнедеятельности. Образующийся при этом углекислый газ (С0₂) переносится кровыо к легким и удаляется с выдыхаемы воздухом. Дыхание происходит непрерывно и автоматически благодар нервным импульсам, поступающим из дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозге. Несмотря на автоматизм дыхательного центра его работа контролируется корой больших полушарий. Взрослый челове в нормальном состоянии за один дыхательный цикл вдыхает и выдыхае в среднем около 500 см³ воздуха, а при дополнительном (после нормального вдоха) максимальном вдохе можно вдохнуть еще 1500—3000 см³ воздуха. Жизненная емкость легких равна суммарной величине дыхательног и дополнительного объемов вдоха и выхода (3—5 л).

Пищеварительная система человека осуществляет механическую и химическую переработку пищи для всасывания питательных вещест через стенки пищеварительного тракта и поступления их в кровь и лимфу В пищеварительном аппарате происходят сложные физико-химически превращения пищи: от формирования пищевого комка в ротовой полости до всасывания и удаления непереваренных ее остатков. Эти процесс осуществляются в результате двигательной, всасывающей и секреторно функций системы органов пищеварения. Все пищеварительные функци регулируются нервным и гуморальным путем. Нервные центры, регулирующие функции пищеварения, находятся в разных отделах головного мозг (продолговатый мозг, гипоталамус и кора головного мозга), а гормон большей частью образуются в самом желудочно-кишечном тракте.

Пищеварительная система человека состоит из пищеварительной трубки (длиной 8—9 м) и тесно связанных с нею крупных пищеварительных желез: В печени, поджелудочной железы, слюнных желез (крупных и мелких).

В ротовой полости осуществляется первичная химическая и физическая переработка пищи. Так, под действием ферментов слюны — а-амилазы и мальгазы — происходит гидролиз (расщепление) углеводов при pH (кислотно-щелочном равновесии) 5,8—7,5. Слюноотделение происходит реф-лекторно. Оно усиливается, когда мы чувствуем приятные запахи или, например, при попадании инородных частиц в ротовую полость. Объем слюноотделения составляет 0,5 мл в мин — в состоянии покоя (это облегчает речедвигательную функцию) и 5 мл в мин — во время еды. Слюн также обладает бактерицидными свойствами. Физическая обработка пищ включает размельчение (жевание) и формирование пищевого комка. Кром того, в ротовой полости происходит формирование вкусовых ощущений В этом большую роль играет также слюна, которая в данном случае выступает в роли растворителя. Известны четыре первичных вкусовых ощущения: кислое, соленое, сладкое, горькое. Они неравномерно распределяютс на поверхности языка.

После глотания пища попадает в желудок. В зависимости от состава пища в желудке находится разное время. Хлеб и мясо перевариваютс за 2—3 ч, жиры — 7—8 ч. В желудке из жидких и твердых компоненто пищи постепенно формируется полужидкая кашица — химус. Желудочны сок имеет очень сложный состав, так как является продуктом секреци трех типов желудочных желез. Он содержит ферменты: пепсиногены, расщепляющие белки; липазы, расщепляющие жиры и др. Кроме того, в соста желудочного сока входят хлористоводородная кислота (НС1), придающа соку кислую реакцию (0,9—1,5), и слизь (мукополисахариды), предохраняющая стенку желудка от самопереваривания.

Почти полное освобождение желудка происходит через 2—3 ч после приема пищи. При этом он начинает сокращаться в режиме 3 раза в минут (продолжительность сокращений от 2 до 20 с). Желудок ежедневно выделяет 1,5 л желудочного сока.

Пищеварение в 12-перстной кишке отличается еще большей сложностью ввиду того, что туда поступают три пищеварительных сока: желчь, поджелудочный сок и собственный кишечный сок. В 12-перстной кишк химус подвергается действию ферментов, гидролизующих и жиры, и углеводы, н белки, а также нуклеиновые кислоты; pH при этом составляет 7,5—В 8,5. Наиболее активны ферменты поджелудочного сока. Желчь облегчае переваривание жиров, превращая их в эмульсию. В 12-перстной кишк подвергаются дальнейшему расщеплению углеводы.

В тонком кишечнике (тощая и подвздошная кишка) сочетаются три взаимосвязанных процесса — полостное (внеклеточное) пищеварение, пристеночное (мембранное) и всасывание. Вместе они представляют собой этапы пищеварительно-транспортного конвейера. Химус продвигаетс по тонкой кишке со скоростью 2,5 см в минуту и переваривается в не за 5—6 ч. Кншка сокращается 13 раз в мин, что способствует перемешиванию и нагреву пищи. Клетки кишечного эпителия покрыты микроворсинками, представляющими собой выросты высотой 1—2 мкм. Количество и огромно — от 50 до 200 млн на 1 мм² поверхности кишечника. Общая площадь кишечника за счет этого возрастает до 400 м². В порах между микроворсинками адсорбированы ферменты.

В кишечном соке содержится полный набор ферментов, расщепляющих белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Эти ферменты осуществляют пристеночное пищеварение. Через микроворсинки происходит всасывание простых молекул этих веществ в кровь и в лимфу. Так, белки всасываются в кровь в виде аминокислот, углеводы — в виде глюкозы и других моносахаров, а жиры — в виде глицерина и жирных кислот в лимфу и частично в кровь.

Процесс пищеварения заканчивается в толстом кишечнике. Железы толстого кишечника секретируют слизь. В толстом кишечнике благодар населяющим его бактериям происходит брожение клетчатки и гниени белков. При гниении белков образуется ряд ядовитых продуктов, которые всасываясь в кровь, обеззараживаются в печени. Печень выполняет барьерную (защитную) функцию, синтезируя из ядовитых веществ безвредны для организма вещества. В толстом кишечнике завершается активное всасывание воды и формирование каловых масс. Микрофлора (бактерии) толстого кишечника осуществляет биосинтез некоторых биологически активных веществ (например, витаминов группы В и К).

К выделительным органам относятся почки, кожа, потовые, сальные железы, легкие. Функции почек многообразны:

• 1. Участие в регуляции водного баланса организма.
• 2. Участие в постоянстве ионного баланса.
• 3. Регуляция осмотического давления во внутренней среде организма.
• 4. Поддержание кислотно-щелочного равновесия и др.

Основная функция почек — удаление из организма вредных и чужеродных для него веществ путем образования и выведения мочи. Почки каждую минуту пропускают более 1 л крови, а всего ими за сутки фильтруется и очищается 1700 л крови. Моча выделяется в количестве 1 — 1,5 л/сутки В норме у здорового человека моча содержит только вредные продукт метаболизма и не должна содержать глюкозу и белок.

Наряду с нервной регуляцией функций, в организме человека существует гуморальная (гормональная) регуляция с помощью биологически активных веществ — гормонов. Нервная и гуморальная регуляция функций в организме взаимосвязаны. Гормоны в организме человека влияю на следующие процессы: 1) обмен веществ и энергии; 2) рост и развитие;

3) размножение; 4) адаптация.

Гормоны — это биологически активные вещества, вырабатываемые специальными железами внутренней секреции, не имеющими специальных протоков. Они поступают прямо в кровь и регулируют функции органов-мишеней. Все железы внутренней секреции делятся на центральны и периферические. К центральным железам относятся гипофиз и эпифиз Гипоталамус как структура межуточного мозга также выделяет вещества обладающие гормональной активностью. Периферическими железам являются щитовидная, половые, поджелудочная, надпочечники и тимус.

Нервная система обеспечивает взаимодействие организма с внешней средой и регулирует работу всех органов и систем организма. Она подразделяется на соматическую и вегетативную, а они, в свою очередь на центральную и периферическую. Центральная нервная система состои из спинного и головного мозга. Структурно-функциональной единице нервной системы является нервная клетка — нейрон. Соматическая нервная система обеспечивает чувствительную и двигательную функции, а вегетативная — иннервирует все внутренние органы и железы, обеспечивая регуляцию питания, дыхания, выделения, размножения.

Особый раздел физиологии занимается изучением материальных основ психической деятельности человека. Он появился благодаря работа И. М. Сеченова и И. П. Павлова, создавших учение о безусловных и условных рефлексах как двух различных форм поведения человека. Безусловные рефлексы — видовые, генетически закрепленные, стереотипные форм поведения человека. Они возникают сразу, не нуждаются в выработк (например, врожденные пищевые и оборонительные рефлексы). Условны рефлексы — индивидуально приобретенные в процессе жизни и обучени приспособительные реакции, возникающие на основе образования временной связи между условным раздражителем и безусловным рефлекторны актом. Данный раздел науки изучает такие сложные проявления психик человека, как сознание, внимание, память, эмоции, мышление и др. Эт высшие психические функции.

Сознание — это высшая форма отражения мозгом человека окружающего мира, передаваемая другим людям в форме слов и символов. Особенность психических функций человека является наличие речи, или второй сигнальной системы. Это особые условные рефлексы, вырабатываемые на слов (первая сигнальная система — это конкретные образы окружающего мира) Слово — это обобщающий сигнал, заменяющий конкретный предмет, явления. Поэтому И. П. Павлов слово обозначил как «сигнал сигналов», или второй сигнальной системой. У человека благодаря второй сигнальной систем формируется абстрактно-логическое мышление. Речь — это историческ сложившаяся форма общения людей с помощью символов и знаков.

Благодаря высшей нервной деятельности (ВИД) у человека функционируют внимание, память, мышление. Внимание — это сосредоточенность, избирательная, познавательная направленность процессов, нацеленна на определенный объект, значимый в данный момент. Память — способность мозга запоминать, хранить и воспроизводить полученную информацию. Мышление — сложнейший вид мозговой деятельности человека в процессе приспособления к новым условиям и решения новых жизненных задач.