Физиология – наука о механизмах функционирования и регуляции деятельности клеток, органов, систем организма в целом и взаимодействия его с окружающей средой.

Организм – это открытая макромолекулярная саморегулирующаяся, самовосстанавливающаяся и самовоспроизводящаяся с помощью непрерывного обмена веществ и энергии система, способная чувствовать, активно целенаправленно передвигаться и адаптироваться в окружающей среде.

Ткань – это система клеток и неклеточных структур, объединенных общностью происхождения, строения, функции. Различают 4 вида ткани: мышечную, нервную, эпителиальную и соединительную.

Орган – это часть организма, обособленная в виде комплекса тканей, выполняющего специфические функции. Орган состоит из структурно-функциональных единиц, представляющих собой клетку или совокупность клеток, способных выполнять основную функцию органа в малых масштабах.

Физиологическая система – это наследственно закрепленная совокупность органов и тканей, выполняющих общую функцию.

Функциональная система – это динамическая совокупность отдельных органов и физиологических систем, формирующаяся для достижения полезного для организма приспособительного результата.

Функция – это специфическая деятельность клеток, органов и систем органов по обеспечению жизнедеятельности целого организма.

Факторы надежности физиологических систем – процессы, способствующие поддержанию жизнедеятельности системы в сложных условиях окружающей среды. К факторам надежности физиологических систем относят

· Дублирование в физиологических системах;

· Резерв структурных элементов в органе и их функциональная мобильность;

· Регенерация поврежденной части органа или ткани и синтез новых структурных элементов;

· Адаптация;

· Совершенствование структуры органов в фило- и онтогенезе;

· Экономичность функционирования;

· Пластичность центральной нервной системы;

· Обеспечение организма кислородом.

Клетка – это структурно-функциональная единица органа (ткани), способная самостоятельно существовать, выполнять специфическую функцию в малом объеме, расти, размножаться, активно реагировать на раздражение.

Клеточная мембрана – оболочка клетки, образующая замкнутое пространство, содержащее протоплазму.

Протоплазма – совокупность всех внутриклеточных элементов (гиалоплазмы, органелл и включений).

Цитоплазма – это протоплазма, за исключением ядра.

Гиалоплазма (цитозоль) – гомогенная внутренняя среда клетки, содержащая питательные вещества (глюкозу, аминокислоты, белки, фосфолипиды, депо гликогена) и обеспечивающая взаимодействие всех органелл клетки.

Функции клеток:

1. Общие функции обеспечивают жизнедеятельность самой клетки. Делятся на

а) синтез тканевых и клеточных структур и необходимых для жизнедеятельности соединений;

б) выработка энергии (происходит в результате катаболизма - процесса расщепления);

в) трансмембранный перенос веществ;

г) размножение клеток;

д) детоксикация продуктов метаболизма, которая реализуется с помощью следующих механизмов: детоксикация аммиака с помощью образования глутамина и мочевины; перевод токсических веществ, образовавшихся в клетке, в водорастворимые малотоксичные вещества; обезвреживание активных радикалов кислорода с помощью антиоксидантной системы;

е) рецепторная функция.

2. Специфические функции клеток : сократительная; восприятие, передача сигнала, усвоение и хранение информации; газообменная; опорная; защитная.

Клетка содержит в себе два вида органелл – мембранные (ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы) и безмембранные (рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты).

Функции мембранных органелл :

· Ядро – несет генетическую информацию и обеспечивает регуляцию синтеза белка в клетке.

· Эндоплазматический ретикулум – является резервуаром для ионов, обеспечивает синтез и транспорт различных веществ, обеспечивает детоксикацию ядовитых веществ.

· Аппарат Гольджи – обеспечивает этап формирования и созревания ферментов лизосом, белков, гликопротеидов мембраны.

· Лизосомы – переваривание поступающих в клетку органических веществ (нуклеиновых кислот, гранул гликогена, компонентов самой клетки, фагоцитированных бактерий).

· Пероксисомы – своими ферментами катализируют образование и разложение перекиси водорода.

· Митохондрии – в них высвобождается основное количество энергии из поступающих в организм питательных веществ, участвуют в синтезе фосфолипидов и жирных кислот.

Функции безмембранных органелл :

· Рибосомы – синтезируют белки.

· Микротрубочки – в аксонах и дендритах нейронов они участвуют в транспорте веществ.

· Микрофиламенты, промежуточные филаменты образуют цитоскелет клетки, который обеспечивает поддержание формы клетки, внутриклеточное перемещение мембранных органелл, движение мембраны клетки и самих клеток, организации митотических веретен, образование псевдоподий.

Клеточная мембрана представляет собой тонкую липопротеиновую пластинку, содержание липидов в которой составляет 40%, белков – 60%. На внешней поверхности мембраны имеется небольшое количество углеводов, соединенных либо с белками (гликопротеиды), либо с липидами (гликолипиды). Эти углеводы участвуют в рецепции биологически активных веществ, реакциях иммунитета.

Структурную основу клеточной мембраны – матрикса – составляет биомолекулярный слой фосфолипидов, который является барьером для заряженных частиц и молекул водорастворимых веществ. Липиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны клетки. Молекулы фосфолипидов мембраны состоят из двух частей: одна из них несет заряд и гидрофильна, другая не несет заряда и гидрофобна. В клеточной мембране гидрофильные участки одних молекул направлены внутрь клетки, а других наружу. В толще мембраны молекулы фосфолипидов взаимодействуют с гидрофобными участками. Так образуется прочная двухслойная липидная структура. В липидном слое находится много холестерина.

В клеточной мембране имеется большое количество белков, которые разделяют на следующие классы: интегральные, структурные, ферменты, переносчики, каналообразующие белки, ионные насосы, специфические рецепторы. Один и тот же белок может быть ферментом, рецептором и насосом. Многие молекулы белков имеют гидрофобную и гидрофильную части. Гидрофобные части белков погружены в липидный слой не несущий заряда. Гидрофильные участки белков взаимодействуют с гидрофильными участками липидов, что обеспечивает прочность мембраны. Молекулы белков, встроенные в матрикс, называют интегральными. Большинство этих белков являются гликопротеидами. Они образуют ионные каналы. Белки, прикрепленные снаружи мембраны, называются поверхностными. Это как, правило, белки-ферменты.

Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью. Так, любая мембрана хорошо пропускает жирорастворимые вещества. Некоторые мембраны хорошо пропускают воду. Мембрана совсем не пропускает анионы органических кислот. В мембране имеются каналы, которые избирательно пропускают ионы натрия, калия, хлора и кальция. Большинство мембран имеет отрицательный поверхностный заряд, который обеспечивается выступающей из мембраны углеводной частью фосфолипидов, гликолипидов, гликопротеидов. Мембрана обладает текучестью, то отдельные её части могут перемещаться.

Функции клеточной мембраны:

· рецепторная - выполняется гликопротеидами и гликолипидами мембран – осуществляет распознавание клеток, развитие иммунитета;

· барьерная или защитная - выполняется клеточными мембранами всех тканей организма;

· транспортная - работает вместе с барьерной функцией - формирует состав внутриклеточной среды, наиболее благоприятный для оптимального протекания метаболических реакций. Обеспечивает: а) осмотическое давление и рН; б) поступление через жкт в кровь и лимфу веществ, необходимых для синтеза клеточных структур и выработки энергии; в) создание электрических зарядов, возникновение и распространение возбуждения; г) сократительную деятельность мышц; д) выделение продуктов обмена в окружающую среду; е) выделение гормонов, ферментов;

· создание электрического заряда и возникновение потенциала действия в возбудимых тканях;

· выработка биологичсеки активных веществ – тромбоксанов, лейкотриенов, протогландинов.

Первичный транспорт осуществляется вопреки концентрационному и электрическому градиентам с помощью специальных ионных насосов и микровезикулярного механизма в клетку или из клетки. Он обеспечивает перенос подавляющего большинства веществ и воды в организме, жизнедеятельность всех клеток и организма в целом.

1. Транспорт с помощью насосов (помп). Насосы локализуются на клеточных мембранах или на мембранах клеточных органелл и представляют собой интегральные белки, обладающие свойствами переносчика и АТФазной активностью. Основными характеристиками насосов являются следующие:

а) насосы работают постоянно и обеспечивают поддержание концентрационных градиентов ионов, это обеспечивает создание электрического заряда клетки и способствует движению воды и незаряженных частиц согласно законам диффузии и осмоса, создание электрического заряда клетки. Почти все клетки заряжены внутри отрицательно по отношению к внешней среде.

б) принцип работы насосов одинаков: Na/K-насос (Na/K-АТФаза) является электрогенным, так как за один цикл выводится из клетки 3 иона Na + , а возвращается в клетку 2 иона К + . На один цикл работы Na/K-насоса расходуется одна молекула АТФ, причем эта энергия расходуется только на перенос иона Na + .

в) натрий-калиевый насос – это интегральный белок, который состоит из четырех полипептидов и имеет центры связывания с натрием и калием. Он существует в двух конформациях: Е 1 и Е 2 . Конформация Е 1 обращена внутрь клетки и имеет сродство к иону натрия. К ней присоединяется 3 иона натрия. В результате активизируется АТФаза, которая обеспечивает гидролиз АТФ и высвобождение энергии. Энергия изменяет конформацию Е 1 в конформацию Е 2 , при этом 3 натрия оказываются снаружи клетки. Теперь конформация Е 2 теряет сродство к натрию и приобретает сродство к калию. К белку-насосу присоединяется 2 калия и сразу же конформация меняется. Калий оказывается внутри клетки и отщепляется. Это один цикл работы помпы. Затем цикл повторяется. Такой вид транспорта называется антипортом. Главным активатором такого насоса являются альдостерон и тироксин, а ингибитором – строфантины и кислородное голодание.

г) кальциевые насосы (Са-АТФазы) работают также, только переносится только кальций и в одном направлении (из гиалоплазмы в сарко- или эндоплазматический ретикулум, а также – наружу клетки). Здесь для высвобождения энергии необходим магний.

д) протонный насос (Н-АТФаза) локализуется в канальцах почек, в мембране обкладочных клеток в желудке. Он постоянно работает во всех митохондриях.

е) насосы специфичны – это проявляется в том, что они обычно переносят какой-то определенный ион или два иона.

2. Микровезикулярный транспорт. С помощью этого вида транспорта переносятся крупномолекулярные белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты. Различают три вида этого транспорта: а) эндоцитоз – перенос вещества в клетку; б) экзоцитоз – это транспорт вещества из клетки; в) трансцитоз – совокупность эндоцитоза и экзоцитоза.

3. Фильтрация – первичный транспорт, при котором переход раствора через полупроницаемую мембрану осуществляется под действием градиента гидростатического давления между жидкостями по обе стороны этой мембраны.

Вторичный транспорт – переход различных частиц и молекул воды за счет ранее запасенной (потенциальной) энергии, которая создается в виде электрического, концентрационного и гидростатического градиентов. Он осуществляет транспорт ионов через ионные каналы и включает следующие механизмы.

1. Диффузия – частицы перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Если частицы заряжены, то направление диффузии определяется взаимодействием концентрационного (химического) и электрического градиентов (их совокупность называют электрохимическим градиентом). Если частицы не заряжены, то направление их диффузии определяется только градиентом концентрации. Полярные молекулы диффундируют быстрее неполярных. Ионы диффундируют только через ионные каналы. Вода диффундирует через каналы, сформированными аквапорионами. Углекислый газ, кислород, недиссоциированные молекулы жирных кислот, гормоны – неполярные молекулы – диффундируют медленно.

2. Простая диффузия происходит либо через каналы, либо непосредственно через липидный слой. Стероидные гормоны, тироксин, мочевина, этанол, кислород, углекислый газ, лекарственные препараты, яды – могут с помощью простой диффузии попасть в клетку.

3. Облегченная диффузия характерна для частиц-неэлектролитов, способных образовывать комплексы с молекулами-переносчиками. Например, инсулин переносит глюкозу. Перенос осуществляется без непосредственной затраты энергии.

4. Натрийзависимый транспорт – вид диффузии, который осуществляется с помощью градиента концентрации ионов натрия, на создание которого затрачивается энергия. Имеется два варианта данного механизма транспорта веществ в клетку или из клетки. Первый вариант – это симпорт , направление движения транспортируемого вещества совпадает с направлением движения натрия согласно его электрохимическому градиенту. Идет без непосредственной затраты энергии. Например, перенос глюкозы в проксимальных канальцах нефрона в клетки канальца из первичной мочи. Второй вариант – антипорт . Это перемещение транспортируемых частиц направлено в противоположную по отношению к движению натрия сторону. Например, так движется кальций, ион водорода. Если транспорт двух частиц сопряжен друг с другом, то такой транспорт называется контраспортом .

5. Осмос – это частный случай диффузии: движение воды через полупроницаемую мембрану в область с большей концентрацией частиц, то есть с большим осмотическим давлением. Энергия в данном виде транспорта не затрачивается.

Число ионных каналов на клеточной мембране огромно: на 1 мкм 2 насчитывают примерно 50 натриевых каналов, в среднем они располагаются на расстоянии 140 нм друг от друга.

Структурно-функциональная характеристика ионных каналов. Каналы имеют устье и селективный фильтр, а управляемые каналы еще и воротный механизм. Каналы заполнены жидкостью. Селективность ионных каналов определяется их размером и наличием в канале заряженных частиц. Эти частицы имеют заряд, противоположный заряду иона, который они притягивают. Через каналы могут проходить и незаряженные частицы. Ионы, проходя через канал должны освободиться от гидратной оболочки, иначе их размеры будут больше диаметра канала. Слишком маленький ион, проходя через селективный фильтр, не может отдать свою гидратную оболочку, поэтому он не может пройти через канал.

Классификация каналов . Существуют следующие виды каналов:

· Управляемые и неуправляемые – определяется наличием воротного механизма.

· Электро-, хемо- и механоуправляемые каналы.

· Быстрые и медленные – по скорости закрытия и открытия.

· Ионоселективные – пропускающие один ион, и каналы не обладающие селективностью.

Основное свойство каналов, то, что они могут блокироваться специфическими веществами и лекарственными препаратами. Например, новокаин, атропин, тетродотоксин. Для одного и того же вида иона может быть несколько видов каналов.

Основные свойства биологической ткани следующие:

1. Раздражимость – способность живой материи активно изменять характер своей жизнедеятельности при действии раздражителя.

2. Возбудимость – это способность клетки генерировать потенциал действия при раздражении. Невозбудимыми являются соединительная и эпителиальная ткани.

3. Проводимость – это способность ткани и клетки передавать возбуждение.

4. Сократимость – это способность ткани изменять свою длину и/или напряжение при действии раздражителя.

Раздражитель – это изменение внешней или внутренней среды организма, воспринимаемое клетками и вызывающее ответную реакцию. Адекватный раздражитель – это такой раздражитель, к которому клетка в процессе эволюции приобрела наибольшую чувствительность вследствие развития специальных структур, воспринимающих этот раздражитель.

Регуляция функций – это направленное изменение интенсивности работы органов, тканей, клеток для достижения полезного результата согласно потребностям организма в различных условиях его жизнедеятельности. Классифицируется регуляция по двум направлениям: 1. По механизму её осуществления (три механизма: нервный, гуморальный и миогенный ); 2. по времени её включения относительно момента изменения величины регулируемого показателя организма (два типа регуляции: по отклонению и по опережению ). В любом случае различают клеточный, органный, системный и организменный уровни регуляции.

Нервный механизм регуляции

Этот вид регуляции функций является ведущим и наиболее быстрым. Кроме того, она оказывает точное, локальное влияние на отдельный орган или даже на отдельную группу клеток органа. Одним из основных механизмом нервной регуляции является однонаправленные влияния симпатической и парасимпатической систем. Различают следующие виды влияний вегетативной нервной системы:

· Пусковое влияние – вызывает деятельность органа, находящегося в покое. Например, запуск сокращения покоящейся мышцы при поступлении к ней импульсов от мотонейронов спинного мозга или ствола по эфферентным нервным волокнам. Пусковое влияние реализуется с помощью электрофизиологических процессов.

· Модулирующее (корригирующее) влияние – вызывает изменение интенсивности деятельности органа. Оно проявляется в двух вариантах: а) модулирующее влияние на уже работающий орган; и б) модулирующее влияние на органы, работающие в автоматическом режиме. Реализуется модулирующее влияние с помощью трофического, электрофизиологического и сосудодвигательного действия нервной системы.

Таким образом, вегетативная и соматическая нервные системы оказывают, как пусковое, так и модулирующее влияние на деятельность органов. На скелетную и сердечную мышцы вегетативная нервная система оказывает только модулирующее действие .

Следующим важным моментом является то, что нервная регуляция осуществляется по рефлекторному принципу . Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение сенсорных рецепторов, осуществляемая с помощью нервной системы. Каждый рефлекс осуществляется посредством рефлекторной дуги. Рефлекторная дуга – это совокупность структур, при помощи которых осуществляется рефлекс. Рефлекторная дуга любого рефлекса состоит их пяти звеньев:

1. Воспринимающее звено – рецептор – обеспечивает восприятие изменений внешней и внутренней среды организма. Совокупность рецепторов называется рефлексогенной зоной .

2. Афферентное звено . Для соматической нервной системы - это афферентный нейрон с его отростками, тело его находится в спинномозговых ганглиях или ганглиях черепномозговых нервов. Роль этого звена заключается в передаче сигнала в ЦНС к третьему звену рефлекторной дуги.

3. Управляющее звено – совокупность центральных (для ВНС и периферических) нейронов, формирующих ответную реакцию организма.

4. Эфферентное звено – это аксон эффекторного нейрона (для соматической нервной системы – мотонейрона).

5. Эффектор – рабочий орган. Эффекторным нейроном соматической нервной системы является мотонейрон.

Все рефлексы делят на группы:

· Врожденные (безусловные) и приобретенные (условные);

· Соматические и вегетативные;

· Гомеостатические, защитные, половые, ориентировочный рефлекс;

· Моно- и полисинаптические;

· Экстероцептивные, интероцептивные и проприоцептивные;

· Центральные и периферические;

· Собственные и сопряженные.

Гуморальная регуляция

Гормональное звено регуляции функций организма включается с помощью вегетативной нервной системы, то есть эндокринная система подчиняется нервной системе. Гуморальная регуляция осуществляется медленно и оказывает, в отличие от нервной системы, генерализованное воздействие. Кроме того, у гуморального механизма регуляции нередко наблюдается противоположное влияние биологически активных веществ на один и тот же орган. Гормоны – это биологически активные вещества, вырабатываемые эндокринными железами или специализированными клетками. Гормоны вырабатываются также нервными клетками – в этом случае они называются нейрогормонами. Все гормоны попадают в кровь и действуют на клетки мишени в различных частях организма. Существуют также гормоны, которые вырабатываются неспециализированными клетками – это тканевые или паракринные гормоны. Гормональное влияние на органы, ткани и системы организма подразделяется на

· функциональное, которое в свою очередь, делится на пусковое, модулирующее и пермиссивное;

· морфогенетическое.

Кроме эндокринной регуляции существует ещё регуляция с помощью метаболитов – продуктов, образующихся в организме в процессе обмена веществ. Метаболиты действуют в основном как местные регуляторы. Но существуют влияния метаболитов и на нервные центры.

Миогенный механизм регуляции

Сущность миогенного механизма регуляции состоит в том, что предварительное умеренное растяжение скелетной или сердечной мышцы увеличивает силу их сокращений. Миогенный механизм играет важную роль в регуляции гидростатического давления в полых органах и в сосудах.

Единство регуляторных механизмов и системный принцип регуляции

Единство регуляторных механизмов заключается в их взаимодействии. Так, при действии холодного воздуха на терморецепторы кожи увеличивается поток афферентных импульсов в ЦНС; это ведет к выбросу гормонов, увеличивающих интенсивность обмена веществ и к увеличению теплопродукции. Системный принцип регуляции заключается в том, что различные показатели организма поддерживаются на оптимальном уровне с помощью многих органов и систем. Так, парциальное давление кислорода и диоксида углерода обеспечивается деятельностью систем: сердечно-сосудистой, дыхательной, нервно-мышечной, крови.

Функции гематоэнцефалического барьера

Регулирующая функция ГЭБ заключается в том, что он формирует особую внутреннюю среду мозга, обеспечивающую оптимальный режим деятельности нервных клеток, и избирательно пропускает многие гуморальные вещества. Барьерную функцию выполняет особая структура стенок капилляров мозга – их эндотелий, а также базальная мембрана, окружающая капилляр снаружи. Кроме ГЭБ выполняет защитную функцию – предотвращает попадание микробов, чужеродных или токсичных веществ. ГЭБ не пропускает многие лекартсвенные вещества.

Надежность регуляторных систем

Надежность регуляторных систем обеспечивается следующими факторами:

1. Взаимодействие и дополнение трех механизмов регуляции (нервного, гуморального и миогенного).

2. Действие нервного и гуморального механизмов может быть разнонаправленной.

3. Взаимодействие симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы является синергичными.

4. Симпатический и парасимпатический отделы ВНС могут вызвать двоякий эффект (как активизацию, так и торможение).

5. Существует несколько механизмов регуляции уровня гормонов в крови, что усиливает надежность гуморальной регуляции.

6. Существует несколько путей системной регуляции функций.

В организме человека существуют следующие физиологические системы (костная система, мышечная, кровеносная, дыхательная, пищеварительная, нервная, система крови и др.).

Кровь представляет собой жидкую ткань, которая циркулирует в кровеносной системе и обеспечивает жизнедеятельность клеток и тканей организма в качестве физиологической системы. Она состоит из плазмы и ферментных элементов:

эритроцитов – красные кровяные клетки, заполненные гемоглобином, который способен образовать соединение с кислородом и транспортировать его из легких к тканям, а из тканей переносить углекислый газ к легким, таким образом осуществляет дыхательную функцию. Продолжительность жизни в организме 100-120 дней. В 1 мл крови содержится 4.5 –5 млн. эритроцитов. У спортсменов достигает 6 млн. и более.

Лейкоциты белые кровяные тельца, выполняют защитную функцию, уничтожая кислородные тела. В 1 мл – 6-8 тыс.

Тромбоциты участвуют в свертывании крови, в 1 мл – от 100-300 тыс.

Постоянство крови поддерживается химическими механизмами самой крови и контролируются регуляторными механизмами ЦНС. Лимфа крови выполняет следующие функции: возвращает белки из межтканевого пространства в кровь, доставляет жиры к клеткам тканей, а также участвует в обмене веществ и удаляет болезнетворные микроорганизмы. Общее количество крови составляет 7-8% массы тела, в покое 40-50%.

Потеря 1/3 крови опасна для жизни человека. Различают 4 группы крови (I-II-III-IV).

Сердечно-сосудистая система

Сердечно-сосудистая система состоит из большого и малого круга кровообращения. Левая половина сердца обслуживает большой круг кровообращения, правая – малый. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца, проходит через ткани всех органов и возвращается в правый желудочек. Откуда начинается малый круг кровообращения, который проходит через легкие, где венозная кровь, отдавая углекислый газ и насыщается кислородом, превращается в артериальную и направляется в левое предсердие. Из левого предсердия кровь поступает в левый желудочек и от туда вновь в большой круг кровообращения. Деятельность сердца заключается в ритмичной смене сердечных циклов, которые состоят из трех фаз: сокращение предсердия, желудочков и общего расслабления.

Пульс – это волна колебаний при выбросе крови в аорту. В среднем частота пульса 60-70 уд/мин. Существуют 2 вида кровяного давления. Оно измеряется в плечевой артерии. Максимальное (систолическое) и минимальное (дистолическое). У здорового человека в возрасте от 18 до 40 лет в покое равно 120/70 мм рт. ст.

Дыхательная система включает в себе носовую полость, гортань, трахею, бронхи и легкие. Процесс дыхания – это целый комплекс физиологических и биохимических процессов, в процессе дыхания также участвует и система кровообращения. Этап дыхания, при котором кислород из атмосферного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови – в атмосферный воздух называется внешним. Перенос газов кровью – следующий этап и, наконец, тканевое (или внутреннее) дыхание: потребление клетками кислорода и выделение ими углекислоты, как результат биохимических реакций, связанных с образованием энергии.

Пищеварительная система состоит из ротовой полости, слюнных желез, глотки, пищевода, желудочка, тонкого и толстого кишечника, печени и поджелудочной железы. В этих органах пища механически и химически обрабатывается, переваривается, и образуются продукты пищеварения.

Выделительную систему образуют почки, мочеточники и мочевой пузырь, которые обеспечивают выделение из организма с мочой вредных продуктов обмена веществ. Продукты обмена выделяются через кожу, легкие, желудочно-кишечный тракт. С помощью почек поддерживается кислотно-щелочное равновесие, т.е. процесс гомеостаза.

Нервная система состоит из центральной (головной и спинной мозг) и периферических отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на периферии нервных узлов). ЦНС регулирует деятельность человека, а также его психическое состояние.

Спинной мозг лежит в спинно-мозговом отделе, образованном позвонками. Первый шейный позвонок – граница верхнего отдела, второй поясничный нижний отдел спинного мозга. Спинной мозг делится на 5 отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый, копчиковый. В спинном мозге имеется 2 вещества. Серое вещество образовано скоплением тел нервных клеток (нейронов), которые достигают различных рецепторов кожи, сухожилий, слизистых оболочек. Белое вещество окружает серое, которое связывает между собой нервные клетки спинного мозга.

Спинной мозг выполняет рефлекторную и проводниковую для нервных импульсов функции. Поражения спинного мозга влекут за собой различные нарушения, связанные с выходом из строя проводниковой функции.

Головной мозг представляет собой огромное количество нервных клеток. Он состоит из переднего, промежуточного, среднего и заднего отдела.

Кора больших полушарий является высшим отделом ЦНС, мозговая ткань потребляет в 5 раз больше кислорода, чем мышцы. Составляет 2% массы тела человека.

Вегетативная нервная система – это специализированный отдел нервной системы, регулируемый корой больших полушарий. В отличии от соматической нервной системы, которая регулирует скелетную мускулатуру, вегетативная нервная система регулирует дыхание, кровообращение, выделение, размножение, железы внутренней секреции. Вегетативная система подразделяется на симпатическую, которая контролирует деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения и др., участвует в формировании эмоциональных реакций(страх, гнев, радость), и парасимпатической нервной системы и под контролем высшего отдела ЦНС. Способность организма приспосабливаться к меняющимся условия внешней среды, реализуется специальными рецепторами. Рецепторы подразделяются на 2 группы: внешние и внутренние. Высшим отделом анализатора является корковый отдел. Существуют следующие анализаторы (кожный, двигательный, вестибулярный, зрительный, слуховой, вкусовой, висцеральный – внутренние органы). Железы внутренней секреции или эндокринные железы вырабатывают особые биологические вещества – гормоны. Гормоны обеспечивают гуморальную регуляцию через кровь физиологических процессов в организме. Они могут ускорять рост, физическое и психическое развитие, участвовать в обмене веществ. К железам внутренней секреции относят: щитовидную, околощитовидную, надпочечники, поджелудочную, гипофиз, половые железы и другие, функцию эндокринной системы регулирует ЦНС.

2.4 Внешняя среда и ее воздействие на организм

и жизнедеятельность человека

На человека в процессе жизни воздействует окружающая среда. В изучении многообразия ее видов деятельности не обойтись без учета влияния природных факторов (давление, влажность, солнечная радиация – т.е. физическая окружающая среда), биологические факторы растительного и животного окружения, а также факторы социальной среды. Из внешней среды поступают в организм человека необходимые вещества для его жизнедеятельности, а также раздражители (полезные и вредные). Экология – это область знания и часть биологии, и учебная дисциплина, и комплексная наука. К примеру, в крупных городах окружающая среда сильно загрязнена. Около 70-80% болезней современного человека – результат ухудшение экологии.

2.5 Функциональная активность человека и взаимосвязь физической и умственной деятельности

Функциональная активность человека связана с различными двигательными актами: сокращение мышц, сердца, перемещение дыхания, речи, мимики лица, жевание и глотание.

Существуют 2 основных вида труда: физический и умственный. Физический труд – вид деятельности человека, который определяется комплексом факторов. Выполнение работы связанной с тяжестью труда. Труд бывает легкий, средний, тяжелый и очень тяжелый. Критерием оценки труда служат показатели величины работы, перемещения грузов и др. Физиологические критерии - уровень энергозатрат, функциональное состояние.

Умственный труд – это путь создания понятий и суждений, умозаключений, а на их основе – гипотез и теорий. Умственный труд выступает в различных формах. К неспецифическим особенностям умственного труда относят: прием и переработка информации, сравнение, хранение в памяти человека, а также пути их реализации. При высокой напряженности труда могут иметь место негативные последствия, если недостаточно времени для ее осуществления, все это предохраняет ЦНС. Одним из важнейших характеристик личности является интеллект. Условием интеллектуальной деятельности является умственная способность. Интеллект включает познавательную деятельность. Учебный день студента насыщен значительными умственными и эмоциональными перегрузками.

2.6 Утомление при физической и умственной работе. Восстановление.

Любая мышечная деятельность направлена на совершение определенного вида деятельности. При увеличении физической или умственной нагрузки большого объема информации, в организме развивается состояние – утомление.

Утомление – это функциональное состояние, временно возникающее под влиянием положительной или интенсивной работы и приводящее к снижению ее эффективности. Утомление связано с усталостью. Утомление наступает при физической и умственной деятельности. Оно может быть острым, хроническим, общим, локальным, компенсированным, некомпенсированным. Систематическое недовосстановление приводит переутомлению и перенапряжению нервной системы. Восстановительный процесс происходит после прекращения работы и возвращает организм человека до исходного уровня (сверхвосстановление, суперкомпенсации). Схематически можно представить следующим образом:

1. Устранение изменений и нарушений в системе нейрогуморального регулирования.

2. Выведение продуктов распада, образующихся в тканях и клетках.

3. Устранение продуктов распада из внутренней среды организма.

Различают раннюю и позднюю фазу восстановления. Средствами восстановления служат гигиена, питание, массаж, витамины, а также положительная адекватная нагрузка.

2.7 Биологические ритмы и работоспособность

Биологические ритмы – регулярное, периодическое повторение во времени характера и интенсивности жизненных процессов отдельных состояний и событий. По своей характеристике ритмы делят на физиологические – рабочие циклы, связанные с деятельностью отдельных систем и экологические и адаптивные. Биологический ритм может изменяться в зависимости от выполняемой нагрузки (от 60 уд/мин сердца в покое до 180-200 уд/мин). Примером биологических часов служит «совы» и «жаворонки». В современных условиях приобрели большую значимость специальные ритмы и в некоторой степени преобладают над биологическими. Биологические ритмы связанны с природными и социальными факторами: сменой времени года, суток, вращением луны вокруг Земли.

2.8 Гипокинезия и гиподинамия

Гипокинезия – понижение, уменьшение, недостаточность, - движение особое состояние организма человека. В ряде случаев приводит к развитию гиподинамии – понижению функционирования систем организма человека. В большой степени это связано с профессиональной деятельностью человека (умственный труд).

2.9 Средства физической культуры, обеспечивающие устойчивость к умственной и физической работоспособности

Основное средство физической культуры – физические упражнения. Существует физиологическая классификация упражнений, в которой вся многообразная деятельность объединена в отдельные группы по физиологическим признакам.

К числу основных физических качеств, обеспечивающих высокий уровень работоспособности человека относят силу, быстроту, выносливость. Физиологическая классификация физических упражнений по характеру мышечных сокращений может носить статический и динамический характер. Статический – деятельность мышц в условиях неподвижного положения тела. Динамический связан с перемещением тела в пространстве.

Значительная группа физических упражнений выполняется в стандартных условиях (легкая атлетика). Нестандартные – единоборства, спортивные игры.

Две большие группы физических упражнений, связанным со стандартностью и нестандартностью движений делятся на циклические (ходьба, бег, плавание и т.п.) и ациклические (гимнастика, акробатика, тяжелая атлетика). Общее для движений циклического характера состоит в том, что все они представляют работу постоянной и переменной мощности с различной продолжительностью. При работе циклического характера различают следующие зоны мощности:

максимальная – 20-30 сек – 100м-200м

субмаксимальная – 20-30 до 3-5 м (400-1500м)

большая – (от 5 до 50м (1500-10000м))

умеренная – (50 и более (10000м – 42000м))

А циклические движения не повторяются активностью движений и представляют собой упражнения спортивно-силового характера (тяжелая атлетика, акробатика и т.п.). К средствам физической культуры относят не только физические упражнения, а также оздоровительные силы природы (солнце, воздух и вода), гигиенические факторы (режим труда, сна, питания), санитарно-гигиенические условия.

Часть вторая

2.10 Физиологические механизмы и закономерности совершенствования отдельных систем организма под воздействием

направленной физической тренировки

Организм человека состоит из клеток, образующих ткани, из которых построены органы. Органы – это анатомически обособленные части организма, имеющие определенную структуру, тесно связанную с выполняемыми функциями. Жизнь организма обеспечивается взаимодействием большого числа разных органов. Органы, выполняющие одну или несколько общих физиологических функций, составляют физиологическую систему. В организме человека различают следующие физиологические системы: пищеварительную, дыхательную, кровеносную, выделительную, половую, опорно-двигательную, нервную, эндокринную, покровную. Часто еще выделяют иммунную систему, систему крови и сенсорные системы.

Пищеварительная система включает ротовую полость с языком, зубами и открывающимися в нее крупными и мелкими слюнными железами, глотку, пищевод, желудок, кишечник, печень, желчный пузырь, поджелудочную железу. В органах пищеварения пища измельчается, смачивается и переваривается пищеварительными соками. В результате необходимые организму сложные органические соединения расщепляются до более простых веществ. Они всасываются в кишечнике и доставляются кровью ко всем тканям и клеткам организма.

Кровеносная, или сердечно-сосудистая , система состоит из сердца и кровеносных сосудов. Благодаря сокращениям сердца кровь проталкивается по сосудам к органам и тканям, где происходит непрерывный обмен веществ. В результате такого обмена клетки постоянно получают кислород, питательные и другие необходимые вещества и освобождаются от углекислого газа и продуктов распада.

Выделительная система выполняет функцию удаления жидких продуктов обмена веществ. Основными органами этой системы являются почки. В них образуется моча, которая по мочеточникам стекает в мочевой пузырь. Там она накапливается и в определенный момент выбрасывается по мочеиспускательному каналу наружу. Кроме почек в выделительной функции принимают участие органы из других физиологических систем, например, кожа, легкие, печень, кишечник.

Половая система выполняет функцию размножения. В половой системе формируются половые клетки. К этой системе относятся мужские половые железы – семенники, женские половые железы – яичники. В матке происходит развитие плода.

Опорно-двигательная система состоит из двух анатомических систем – костной и мышечной, и поэтому ее часто называют опорно-двигательным аппаратом. Опорно-двигательная система представлена большим количеством различных по форме, размерам и строению костей и мышц. Кости, соединяясь между собой, образуют скелет соответствующих частей тела. При любых положениях тела все его органы опираются на кости. В этом состоит опорная функция скелета. Скелет выполняет и защитную функцию, ограничивая полости, занятые внутренними органами, например, грудную, брюшную полость, полость черепа. Скелет и поперечнополосатые мышцы обеспечивают движение тела. Соединенные между собой кости являются рычагами, которые приводятся в движение сокращением прикрепляющихся к ним мышц. Из скелетных мышц только мимические мышцы не перемещают кости, а обеспечивают мимику, т.к. они одним концом прикреплены к костям лицевого отдела черепа, а другим концом – к коже лица.

Нервная система объединяет все другие системы, регулирует и согласовывает их деятельность. Любое нарушение связи между нервной системой и органом приводит к прекращению его нормального функционирования. Посредством рецепторов, расположенных в органах чувств, поддерживается постоянная связь организма с окружающей средой. Благодаря нервной системе осуществляется психическая деятельность человека, его поведение.

Эндокринная система включает различные железы внутренней секреции. Каждая из желез вырабатывает и выделяет в кровь биологически активные вещества – гормоны. Гормоны участвуют в регуляции функций всех клеток и тканей организма.

В покровную систему входят кожа и слизистые оболочки. Кожа покрывает тело снаружи. Слизистые оболочки выстилают изнутри полости носа, рта, дыхательных путей, пищеварительной системы и др. Покровная система предохраняет организм от внешних воздействий – высыхания, колебаний температуры, проникновения в организм инфекции и вредных веществ.

В систему крови объединяют кровь и органы, в которых происходит образование клеток крови и их разрушение, т.е. красный костный мозг, вилочковую железу, лимфатические узлы, селезенку и печень.

Сенсорными системами называют совокупность периферических и центральных нервных образований, воспринимающих и анализирующих определенную чувственную информацию из внешней и внутренней сред организма, в результате чего формируются ощущения.

Некоторые органы, или разные группы входящих в них клеток, могут включаться в состав разных физиологических систем. Например, вилочковая железа (тимус, зобная железа) является эндокринной железой и одновременно входит в иммунную систему и в систему крови. Все системы и аппараты органов неразрывно связаны, постоянно взаимодействуют друг с другом и образуют целостный человеческий организм, находящийся в тесном контакте с окружающей средой.

Орган — это часть тела, имеющая определенную форму и строение, выполняющая специфическую функцию. Органы образованы различными типами тканей, но только одна из них является главной, ведущей, рабо-чей. Например, для мозга - это нервная ткань, для мышц — мышечная, для желез — эпителиальная.

Другие ткани, присутствующие в органе, выполняют вспомогательную функцию . Так, эпителиальная ткань выстилает слизистые оболочки органов пищеварительной, дыхательной систем и мочеполового аппарата, а соеди-нительная ткань осуществляет опорную и питательную функции, образует соединительнотканный остов органа, мышечная ткань принимает участие в образовании стенок полых органов.

Органы являются компонентами более сложных физиологических систем.

Выделяют системы и аппараты органов. Систему органов составляют органы, выполняющие общую функцию, имеющие единое происхождение и общий план строения. К таким системам относятся пищеварительная, дыхательная, сердечно-сосудистая, лимфатическая и другие. Например, пищеварительная система имеет вид трубки с расширениями или сужени-ями в определенных местах, развивается из первичной кишки и выполняет функцию пищеварения. Печень, поджелудочная железа, большие слюнные железы являются выростами эпителия пищеварительной трубки.

В отличие от физиологических систем, аппараты органов представля-ют собой органы, связанные единой функцией, но имеющие разное строение и происхождение. Например, опорно-двигательный аппарат.

Системы и аппараты органов образуют целостный человеческий орга-низм, они взаимосвязаны и взаимозависимы, а протекающие в них процессы являются согласованными.

Различают следующие физиологические системы и аппараты органов:

1. Опорно-двигательный аппарат.

2. Пищеварительная система.

3. Кровеносная (сердечно-сосудистая) система.

4. Лимфатическая система.

5. Иммунная система.

6. Дыхательная система.

7. {C} Выделительная система.

Кожа - орган выделения

8. Половая система.

9. Эндокринная система.

10. Нервная система.

Библиография:

1. Л.В. Высоцкая, Г.М.Дымщиц, Е.М.Низовцев. Общая биология. - М.: Научный мир, 2001.

2. М.Ю.Матяш, Н.М.Матяш. Биология. Учебник для 9 класса общеобразовательных учебных заведений. - К.: Перун, 2009

Нормальная физиология: конспект лекций Светлана Сергеевна Фирсова

4. Функциональные системы организма

Функциональная система – временное функциональное объединение нервных центров различных органов и систем организма для достижения конечного полезного результата.

Полезный результат – самообразующий фактор нервной системы. Результат действия представляет собой жизненно важный адаптивный показатель, который необходим для нормального функционирования организма.

Существует несколько групп конечных полезных результатов:

1) метаболическая – следствие обменных процессов на молекулярном уровне, которые создают необходимые для жизни вещества и конечные продукты;

2) гомеостатическая – постоянство показателей состояния и состава сред организма;

3) поведенческая – результат биологической потребности (половой, пищевой, питьевой);

4) социальная – удовлетворение социальных и духовных потребностей.

В состав функциональной системы включаются различные органы и системы, каждый из которых принимает активное участие в достижении полезного результата.

Функциональная система, по П. К. Анохину, включает в себя пять основных компонентов:

1) полезный приспособительный результат – то, ради чего создается функциональная система;

2) аппарат контроля (акцептор результата) – группу нервных клеток, в которых формируется модель будущего результата;

3) обратную афферентацию (поставляет информацию от рецептора в центральное звено функциональной системы) – вторичные афферентные нервные импульсы, которые идут в акцептор результата действия для оценки конечного результата;

4) аппарат управления (центральное звено) – функциональное объединение нервных центров с эндокринной системой;

5) исполнительные компоненты (аппарат реакции) – это органы и физиологические системы организма (вегетативная, эндокринные, соматические). Состоит из четырех компонентов:

а) внутренних органов;

б) желез внутренней секреции;

в) скелетных мышц;

г) поведенческих реакций.

Свойства функциональной системы:

1) динамичность. В функциональную систему могут включаться дополнительные органы и системы, что зависит от сложности сложившейся ситуации;

2) способность к саморегуляции. При отклонении регулируемой величины или конечного полезного результата от оптимальной величины происходит ряд реакций самопроизвольного комплекса, что возвращает показатели на оптимальный уровень. Саморегуляция осуществляется при наличии обратной связи.

В организме работает одновременно несколько функциональных систем. Они находятся в непрерывном взаимодействии, которое подчиняется определенным принципам:

1) принципу системы генеза. Происходят избирательное созревание и эволюция функциональных систем (функциональные системы кровообращения, дыхания, питания, созревают и развиваются раньше других);

2) принципу многосвязного взаимодействия. Происходит обобщение деятельности различных функциональных систем, направленное на достижение многокомпонентного результата (параметры гомеостаза);

3) принципу иерархии. Функциональные системы выстраиваются в определенный ряд в соответствии со своей значимостью (функциональная система целостности ткани, функциональная система питания, функциональная система воспроизведения и т. д.);

4) принципу последовательного динамического взаимодействия. Осуществляется четкая последовательность смены деятельности одной функциональной системы другой.