Фізіологічні системи організму

Прийнято виділяти такі фізіологічні системи організму: кісткову (скелет людини), м'язову, кровоносну, дихальну, травну, нервову, систему крові, залоз внутрішньої секреції, аналізаторів і ін.

Кров як фізіологічна система. Кров - рідка тканина, що циркулює в кровоносній системі і забезпечує життєдіяльність клітин і тканин організму в якості органу і фізіологічної системи. Вона складається з плазми (55-60%) і зважених в ній формених елементів: еритроцитів, лейкоцитів, тромбоцитів та інших речовин (40-45%) (рис. 2.8); має слабколужну реакцію (7,36 рН). Еритроцити - червоні кров'яні клітини, що мають форму круглих вігнутих пластинки діаметром 8 і товщиною 2-3 мкм, заповнені особливим білком - гемоглобіном, який здатний утворювати з'єднання з киснем (оксигемоглобін) і транспортувати його з легенів до тканин, а з тканин переносити вуглекислий газ до легких, здійснюючи таким чином дихальну функцію. Тривалість життя еритроцита в організмі 100-120 днів. Червоний кістковий мозок виробляє до 300 млрд. молодих еритроцитів, щоденно поставляючи їх у кров. У 1 мл. крові людини в нормі міститься 4,5-5 млн. еритроцитів. У осіб, що активно займаються руховою діяльністю, це число може істотно зростати (6 млн. і більше). Лейкоцити - білі кров'яні тільця, виконують захисну функцію, знищуючи чужорідні тіла і хвороботворні мікроби (фагоцитоз). У 1 мл. крові міститься 6-8 тис. лейкоцитів. Тромбоцити (а їх міститься в 1 мл. від 100 до 300 тис.) відіграють важливу роль у складному процесі згортання крові. У плазмі крові розчинені гормони, мінеральні солі, поживні та інші речовини, якими вона постачає тканини, а також містяться продукти розпаду, видалені з тканин.

Рис. 2.8. Склад крові людини

Основні константи крові людини

Кількість крові....................... 7 % маси тіла

Вода.................................... 90-91 %

Щільність......................... 1,056-1,060 г/см3

В'язкість............... 4-5 ум. од. (по відношенню до води)

рН..................................... 7,35-7,45

Загальний білок (альбуміни, глобуліни, фібриноген)... 65-85 г / л

Катіони:

Na *................................... 1,8-2,2 г / л

К *................................... 1,5-2,2 г / л

Са *................................ 0,04-0,08 г / л

Осмотичний тиск........ 7,6-8,1 атм (768,2-818,7 кПа)

Онкотичний тиск..... 25-30 мм рт. ст. (3,325-3,99 кПа)

Показник депресії........................ -0,56

У плазмі крові знаходяться і антитіла, що створюють імунітет (несприйняття) організму до отруйних речовин інфекційного або якого-небудь іншого походження, мікроорганізмів і вірусів. Плазма крові приймає участь у транспортуванні вуглекислого газу до легень. Сталість складу крові підтримується як хімічними механізмами самої крові, так і спеціальними регуляторними механізмами нервової системи. Під час руху крові по капілярах, що пронизує всі тканини, через їх стінки постійно просочується в міжтканиний простір частина кров'яної плазми, яка утворює міжтканинна рідина, навколишнє всі клітини тіла. З цієї рідини клітини поглинають поживні речовини і кисень і виділяють в неї вуглекислий газ та інші продукти розпаду, які утворилися в процесі обміну речовин. Таким чином, кров безперервно віддає в міжтканинна рідина поживні речовини, використовувані клітинами, і поглинає речовини, що виділяються ними. Тут же розташовані найдрібніші лімфатичні судини. Деякі речовини міжтканинної рідини просочуються в них і утворюють лімфу, яка виконує такі функції: повертає білки з міжтканинного простору в кров, бере участь у перерозподілі рідини в організмі, доставляє жири до клітин тканин, підтримує нормальне протікання процесів обміну речовин в тканинах, знищує і видаляє з організму хвороботворні мікроорганізми. Лімфа по лімфатичних судинах повертається в кров, у венозну частину судинної системи. Загальна кількість крові становить 7-8 % маси тіла людини. У спокої 40-50 % крові вимкнено з кровообігу і знаходиться в «кров'яних депо»: печінки, селезінці, судинах шкіри, м'язів, легенів. У разі необхідності (наприклад, при м'язовій роботі) запасний об'єм крові включається в кровообіг і рефлекторно направляється до працюючого органу. Вихід крові з «депо » і її перерозподіл по організму регулюється ЦНС. Втрата людиною більше 1/3 кількості крові небезпечна для життя. У той же час зменшення кількості крові на 200-400 мл (донорство) для здорових людей нешкідливо і навіть стимулює процеси кровотворення. Розрізняють чотири групи крові (I, II, III, IV). При порятунок життя людей, що втратили багато крові, або при деяких захворюваннях роблять переливання крові з урахуванням групи. Кожна людина повинна знати свою групу крові.

Серцево-судинна система. Кровоносна система складається з серця і кровоносних судин. Серце - головний орган кровоносної системи - являє собою порожнистий м'язовий орган, який здійснює ритмічні скорочення, завдяки яким відбувається процес кровообігу в організмі. Серце - автономне, автоматичний пристрій. Однак його робота коригується численними прямими і зворотними зв'язками, які надходять від різних органів і систем організму. Серце пов'язано з центральною нервовою системою, яка робить на його роботу регулює вплив. Серцево-судинна система складається з великого і малого кіл кровообігу. Велике коло кровообігу починається від лівого шлуночка серця, проходить через тканини всіх органів і повертається у праве передсердя. З правого передсердя кров переходить у правий шлуночок, звідки починається мале коло кровообігу, який проходить через легені, де венозна кров, віддаючи вуглекислий газ і насичуючись киснем, перетворюється на артеріальну і прямує в ліве передсердя. З лівого передсердя кров надходить у лівий шлуночок і звідти знову у велике коло кровообігу. Діяльність серця полягає в ритмічної зміні серцевих циклів, що складаються з трьох фаз: скорочення передсердь, скорочення шлуночків і загального розслаблення серця. Пульс - хвиля коливань, яка поширюється по еластичних стінок артерій в результаті гідродинамічного удару порції крові, що викидається в аорту під великим тиском при скороченні лівого шлуночка. Частота пульсу відповідає частоті скорочень серця. Частота пульсу в спокої (вранці, лежачи, натщесерце) виявляється нижче через збільшення потужності кожного скорочення. Уражень частоти пульсу збільшує абсолютний час паузи для відпочинку серця і для протікання процесів відновлення в серцевому м'язі. У спокою пульс здорової людини дорівнює 60-70 удар / хв. (рис. 2.9). Ліва половина серця обслуговує велике коло

Кров'яний тиск створюється силою скорочення шлуночків серця і пружністю стінок судин. Воно вимірюється в плечовій артерії. Розрізняють максимальний (або систолічний) тиск, який створюється під час скорочення лівого шлуночка (систоли), і мінімальне (або діастолічний) тиск, який відзначається під час розслаблення лівого шлуночка (діастоли). Тиск підтримується за рахунок пружності стінок розтягнутої аорти та інших великих артерій. У нормі у здорової людини у віці 18 - 40 років в спокої кров'яний тиск дорівнює 120 / 70 мм рт. ст. (120 мм систоличний тиск, 70 мм - діастоличний).

Рис. 2.9. Схема кровообігу людини:

1 - аорта, 2 - печінкова артерія, 3 - артерія травного тракту, 4 - капіляри кишечника, 4 - капіляри органів тіла; 5 - во-ротний вена печінки; 6 - печінкова вена; 7 - нижня порожниста вена; 8 - верхня порожниста вена; 9 - праве передсердя; 10 - правий шлуночок; 11 - загальна легенева артерія; 12 - капіляри легенів; 13 - легеневі вени; 14 -. ліве передсердя; 15 - лівий шлуночок; 16 - лімфатичні судини

Найбільша величина кров’яного тиску спостерігається в аорті. Віддаляючись від серця кров'яний тиск виявляється все нижче. Найнижче тиск спостерігається у венах при впадінні їх у праве передсердя. Постійна різниця тиску забезпечує безперервний потік крові по кровоносних судинах (в сторону зниженого тиску).

Дихальна система. Дихальна система включає в себе носову порожнину, гортань, трахею, бронхи і легені. У процесі дихання з атмосферного повітря через альвеоли легень в організм постійно надходить кисень, а з організму виділяється вуглекислий газ (рис. 2.10 і 2.11). Трахея в нижній своїй частині ділиться на два бронха, кожен з яких, входячи в легені, деревовидно розгалужується. Кінцеві найдрібніші розгалуження бронхів (бронхіоли) переходять в закриті альвеолярні роки, в стінках яких є велика кількість кулястих утворень - легеневих пузирьків (альвеол). Кожна альвеола оточена густою мережею капілярів. Загальна поверхня всіх легеневих пухирців дуже велика, вона в 50 разів перевищує поверхню шкіри людини і становить понад 100 м².

Легені розташовуються в герметично закритій порожнині грудної клітини. Вони покриті тонкою гладкою оболонкою - плеврою, така ж оболонка знаходиться зсередини порожнину грудної клітки. Простір, утворене між цими листами плеври, називається плевральної порожниною. Тиск у плевральній порожнині завжди нижче атмосферного при видиху на 3-4 мм рт. ст., при вдиху - на 7-9 мм рт. ст.

Рис.2.10. Верхня частина дихальних шляхів:1 - носова порожнина, 2 - ротова порожнина, 3 - гортань, 4 - трахея, 5 - стравохід.

Рис. 2.11. Будова органів дихання:

1 - гортань, 2 - трахея, 3 - бронхи,

4 - альвеоли, 5 - легені

Процес дихання - це цілий комплекс фізіологічних і біохімічних процесів, в реалізації яких бере участь не тільки дихальний апарат, а й система кровообігу. Механізм дихання має рефлекторний (автоматичний) характер. У спокої обмін повітря в легенях відбувається в результаті дихальних ритмічних рухах грудної клітини. При зниженні в грудній порожнині тиску в легені достатньою мірою пасивно за рахунок різниці тисків засмоктується порція повітря - відбувається вдих. Потім порожнину грудної клітини зменшується і повітря з легенів виштовхується - відбувається видих. Розширення порожнини грудної клітини здійснюється в результаті діяльності дихальної мускулатури. У спокої при вдиху порожнину грудної клітини розширює спеціальний дихальний м'яз - діафрагма, а також зовнішні міжреберні м’язи; при інтенсивній фізичній роботі включаються й інші (скелетні) м'язи. Видих у спокої проводиться пасивно, при розслабленні м'язів, які здійснювали вдих, грудна клітка під впливом сили тяжіння і атмосферного тиску зменшується. При інтенсивній фізичній роботі в видиху беруть участь м'язи черевного преса, внутрішні міжреберні та інші скелетні м'язи. Систематичні заняття фізичними вправами і спортом зміцнюють дихальну мускулатуру і сприяють збільшенню обсягу і рухливості (екскурсії) грудної клітини. Етап дихання, при якому кисень з атмосферного повітря переходить в кров, а вуглекислий газ із крові - в атмосферне повітря, називають зовнішнім диханням; перенесення газів кров'ю - наступний етап і, нарешті, тканинне (або внутрішнє) дихання - споживання клітинами кисню і виділення ними вуглекислоти як результат біохімічних реакцій, пов'язаних з створенням енергії, щоб забезпечити процеси життєдіяльності організму. Зовнішнє (легенева) дихання здійснюється в альвеолах легень. Тут через стінки альвеол і капілярів кисень переходить з альвеолярного повітря, що заповнює порожнини альвеол. Молекули кисню і вуглекислого газу здійснюють цей перехід за соті частки секунди. Після переносу кисню кров'ю до тканин здійснюється тканинне (внутрішньоклітинне) дихання. Кисень переходить з крові в міжтканинна рідину і звідти в клітини тканин, де використовується для забезпечення процесів обміну речовин. Вуглекислий газ, інтенсивно утворюється в клітинах, переходить в міжтканинну рідину і потім в кров. За допомогою крові він транспортується до легень, а потім виводиться з організму. Перехід кисню і вуглекислого газу через стінки альвеол, капілярів і оболонок еритроцитів шляхом дифузії (переходу) обумовлений різницею парціального тиску кожного з цих газів. Так, наприклад, при атмосферному тиску повітря 760 мм рт. ст. парціальний тиск кисню (р0а) в ньому дорівнює 159 мм рт. ст., а в альвеолярному - 102, в артеріальній крові - 100, у венозній - 40 мм рт. ст. У працюючій м'язової тканини р0а може знижуватися до нуля. Через різницю в парціальному тиску кисню відбувається його поетапний перехід в легені, далі через стінки капілярів в кров, а з крові в клітини тканин. Вуглекислий газ з клітин тканин надходить у кров, з крові - в легені, з легень - в атмосферне повітря, так як градієнт парціального тиску вуглекислого газу (СО₂) спрямований у зворотний щодо р0а сторону (в клітинах СО₂ - 50-60, в крові - 47, в альвеолярному повітрі - 40, в атмосферного повітрі - 0,2 мм рт. ст.).

Система травлення та виділення. Травна система складається з ротової порожнини, слинних залоз, глотки, стравоходу, шлунка, тонкого і товстого кишечника, печінки і підшлункової залози. У цих органах їжа механічно і хімічно обробляється, перетравлюються надходять в організмах харчові речовини і всмоктуються продукти травлення. Видільну систему утворюють нирки, сечоводи і сечовий пузир, які забезпечують виділення з організму з сечею шкідливих продуктів обміну речовин (до 75%). Крім того, деякі продукти обміну виділяються через шкіру (з секретом потових і сальних залоз), легені (з видихаємим повітрям) і через шлунково-кишковий тракт. За допомогою нирок в організмі підтримується кислотно-лужну рівновагу (рН), необхідний об'ємом води і солей, стабільне осмотичний тиск (тобто гомеостаз).

Нервова система. Нервова система складається з центрального (головний і спинний мозок) і периферійного відділів (нервів, що відходять від головного і спинного мозку і розташованих на периферії нервових вузлів). Центральна нервова система координує діяльність різних органів і систем організму і регулює цю діяльність в умовах мінливого зовнішнього середовища за механізмом рефлексу. Процес, що протікають в центральній нервовій системі, лежать в основі всієї психічної діяльності людини.

Про структуру центральної нервової системи. Спинний мозок лежить в спинномозковому каналі, утвореному дужками хребців. Перший шийний хребець - кордон спинного мозку зверху, а кордон знизу - другий поясничний хребець. Спинний мозок ділиться на п'ять відділів з певною кількістю сегментів: шийний, грудний, поперековий, крижовий і куприковий. У центрі спинного мозку є канал, заповнений спинномозковою рідиною. На поперечному розрізі лабораторного препарату легко розрізняють сіра і біла речовина мозку. Сіра речовина мозку утворено скупченням тіл нервових клітин (нейронів), периферичні відростки яких у складі спинномозкових нервів досягають різних рецепторів шкіри, м'язів, сухожиль, слизових оболонок. Біла речовина, що оточує сіру речовину, складається з відростків, що зв'язують між собою нервові клітини спинного мозку; вгорухідних чутливих (аферентних), що пов'язують всі органи і тканини (крім голови) з головним мозком; низхідних рухових (еферентних) шляхів, що йдуть від головного мозку до рухових клітин спинного мозку. Отже, спинний мозок виконує рефлекторну і провідникову для нервових імпульсів функцію. У різних відділах спинного мозку знаходяться мотонейрони (рухові нервові клітини), які іннервують м'язи верхніх кінцівок, спини, грудей, живота, нижніх кінцівок. У крижовому відділі розташовані центри дефекації, сечовипускання і статевої діяльності. Важлива функція мотонейронів в тому, що вони постійно забезпечують необхідний тонус м'язів, завдяки якому всі рефлекторні рухові акти проводяться м'яко і плавно. Тонус центрів спинного мозку регулюється вищими відділами центральної нервової системи. Ураження спинного мозку приводять до різних порушень, пов'язані з виходом з ладу провідникової функції. Всілякі травми та захворювання спинного мозку можуть приводити до розладу больовий, температурної чутливості, порушення структури складних довільних рухів, м'язового тонусу. Головний мозок являє собою скупчення величезної кількості нервових клітин. Він складається з переднього, проміжного, середнього та заднього відділів. Будова головного мозку незрівнянно складніше будови будь-якого органу людського тіла. Кора великих півкуль головного мозку - найбільш молодий в філогенетичному відношенні відділ головного мозку (філогенез - процес розвиток рослинних і тваринних організмів протягом часу існування життя на Землі). У процесі еволюції кора великих півкуль стала вищим відділом центральної нервової системи, що формує діяльність організму як єдиного цілого в його взаєминах з навколишнім середовищем. Мозок активний не тільки під час неспання, але і під час сну. Мозкова тканина потребує в 5 разів більше кисню, ніж серце, і в 20 разів більше, ніж м'язи. Складаючи всього близько 2 % маси тіла людини, мозок поглинає 18 - 25 % споживає усім організмом кисню. Мозок значно перевершує інші органи і за споживанням глюкози. Він використовує 60-70 % глюкози, яка утворюється печінкою, і це незважаючи на те, що мозок містить менше крові, ніж інші органи. Погіршення кровопостачання головного мозку може бути пов’язаною з гіподинамією. У цьому випадку виникає головний біль різної локалізації, інтенсивності та тривалості, запаморочення, слабкість, зниження розумова працездатність, погіршується пам'ять, з'являється роздратованість. Щоб охарактеризувати зміни розумової працездатності, використовується комплекс методик, що оцінюють різні її компоненти (увага, обсяг пам'яті і сприйняття, логічне мислення).

Вегетативна нервова система - спеціалізований відділ нервової системи, регульований корою великих півкуль. На відміну від соматичної нервової системи, яка іннервує довільну (скелетну) мускулатуру і забезпечує загальну чутливість тіла та інших органів почуттів, вегетативна нервова система регулює діяльність внутрішніх органів - дихання, кровообігу, виділення, розмноження, залоз внутрішньої секреції. Вегетативна нервова система поділяється на симпатичну і парасимпатичну системи (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Схема будови вегетативної нервової системи:

І - Середній мозок, II - довгастий мозок, III - шийний відділ спинного мозку, IV - грудний відділ спинного мозку, V - поперековий відділ спинного мозку, VI - крижовий відділ спинного мозку, 1 - око, 2 - слізна заліза, 3 - слинні залози, 4 - серце, 5 - легкі, 6 - шлунок, 7 - кишечник, 8 - сечовий міхур, 9 - блукаючий нерв, 10 - тазовий нерв, 11 - симпатичний стовбур з паравертебральними гангліями, 12 - сонячне сплетіння, 13 - окоруховий нерв, 14 - слізний нерв, 15 - барабанна струна, 16 - язичний нерв

Діяльність серця, судин, органів травлення, виділення, статевих та інших, регуляція обміну речовин, термоутворення, участь у формуванні емоційних реакцій (страх, гнів, радість) - все це знаходиться в веденні симпатичної і парасимпатичної нервової системи і під контролем вищого відділу центральної нервової системи.

Рецептори і аналізатори. Здатність організму швидко пристосовуватись до змін навколишнього середовища реалізується завдяки спеціальним утворенням - рецепторам, які, володіючи суворої специфічністю, трансформують зовнішні подразники (звук, температуру, світло, тиск) в нервові імпульси, що надходять по нервових волокнах в центральну нервову систему. Рецептори людини діляться на дві основні групи: екстеро (зовнішні) і інтеро - (внутрішні) рецептори. Кожний такий рецептор є складовою частиною аналізуючої системи, яка називається аналізатором. Аналізатор складається з трьох відділів - рецептора, провідникової частини і центрального освіти в головному мозку. Вищим відділом аналізатора є корковий відділ. Перерахуємо назви аналізаторів, про роль яких в життєдіяльності людини багато відомо. Це шкірний аналізатор (тактильна, больова, теплова, холодова чутливість); руховий (рецептори в м'язах, суглобах, сухожиллях і зв'язках збуджуються під впливом тиску і розтягування); вестибулярний (розташований у внутрішньому вусі і сприймає положення тіла у просторі); зоровий (світло і колір); слуховий (звук); нюховий (запах); смакової (смак); вісцеральний (стан ряду внутрішніх органів).

Ендокринна система. Залози внутрішньої секреції, або ендокринні залози (рис. 2.13), виробляють особливі біологічні речовини - гормони. Термін «гормон» походить від грецького «hormo» - спонукаю, збуджую. Гормони забезпечують гуморальну (через кров, лімфу, між тканину речовину) регуляцію фізіологічних процесів в організмі, потрапляючи у всі органи і тканини. Частина гормонів продукується тільки в певні періоди, більшість же - протягом усього життя людини. Вони можуть гальмувати або прискорювати ріст організму, статеве дозрівання, фізичний і психічний розвиток, регулювати обмін речовин і енергії, діяльність внутрішніх органів. До залоз внутрішньої секреції відносять: щитовидну, паращитовидну, зобну, наднирникові, підшлункову, гіпофіз, статеві залози і ряд інших. Деякі з перерахованих залоз виробляють крім гормонів ще секреторні речовини (наприклад, підшлункова залоза бере участь у процесі травлення, виділяючи секрети в дванадцятипалу кишку; продуктом зовнішньої секреції чоловічих статевих залоз - яєчок є сперматозоїди і т.д.). Такі залози називають залозами змішаної секреції. Гормони, як речовини високої біологічної активності, незважаючи на надзвичайно малі концентрації в крові здатні викликати значні зміни в стані організму, зокрема в здійсненні обміну речовин і енергії. Вони володіють дистанційним дією, характеризуються специфічністю, яка виражається у двох формах: одні гормони (наприклад, статеві) впливають тільки на функцію деяких органів і тканин, інші керують лише певними змінами в ланцюги обмінних процесів і в активності регулюють ці процеси ферментів.

Рис.2.13. Розташування залоз внутрішньої секреції: 1 - епіфіз, 2 - гіпофіз, 3 - щі - щитоподібна, 4 - паращитовидна, 5 - загрудинні, 6 – наднирникові , 7 - підшлункова, 8 – статеві.

Гормони порівняно швидко руйнуються і для підтримки їх певної кількості в крові необхідно, щоб вони невпинно виділялися відповідної залозою. Практично всі розлади діяльності залоз внутрішньої секреції викликають зниження загальної працездатності людини. Функція ендокринних залоз регулюється центральною нервовою системою, нервове і гуморальну вплив на різні органи, тканини та їх функції представляють собою прояв єдиної системи нейрогуморальної регуляції функцій організму.