Системы восприятия человеком состояния внешней среды

Возникновение жизни на Земле было связано с формированием и поддержанием в клетке в течение всей жизни специфических физико-химических условий, отличающихся от условий окружающей среды. Благодаря гомеостазу млекопитающие обеспечивают постоянство объема крови (изоволемия) и других внеклеточных жидкостей, концентрации в них ионов, осмотически активных веществ, постоянство pH крови, состава в ней белков, липидов и углеводов, в узких пределах поддерживается температура тела. Гомеостаз – это способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное постоянство состава и свойств. Термин предложил Кенон в 1929 году для характеристики состояний и процессов, обеспечивающих устойчивость организма. Различают физиологический и генетический гомеостаз.

Физиологический гомеостаз достигается системой физиологических регуляторных механизмов, интегрирующую роль играет центральная нервная система (ЦНС), симпатическая нервная система, состояние надпочечников, гипофиза и др. эндокринных желез, степень развития эффекторных органов. Этот вид гомеостаза осуществляется за счет работы здоровой нервной системы и эффективной работы эффекторной системы (мышц и желез).

Сокращение мышц после иннервации происходит за счет сокращения актиновых нитей, состоящих из сократительного белка. Для процессов сокращения и расслабления необходима энергия в виде АТФ и ионы кальция, концентрация которых возрастает при сокращении и снижается при расслаблении. Непрерывность потоков нервных импульсов и постоянное образование АТФ позволяют выполнять различные виды работ. Но при длительной стимуляции с большой частотой мышца может израсходовать свой запас АТФ и утомиться («состояние до изнеможения»), но это характерно только для скелетных мышц - гладкая и сердечная мышцы такого состояния не знают. При раздражении чувствительных структур опорно-двигательного аппарата возникает ощущение, которое принято называть мышечное чувство – ощущение движения, которое складывается на основе информации от рецепторов кожи, сухожилий, суставов и мышечных веретен.

Гормональная регуляция различных процессов в организме служит дополнением к нервной. Нервные импульсы вызывают ответы значительно быстрее, чем гормоны, но эндокринные влияния более длительны и всеобъемлющи. Гормональная регуляция различных процессов в организме служит дополнением к нервной. Нервные импульсы вызывают ответы значительно быстрее, чем гормоны, но эндокринные влияния более длительны и всеобъемлющи. Как правило, гормоны работают по принципу отрицательной обратной связи: происходит автоматическое регулирование собственного развития. Гормоны обладают высокой биологической активностью, действуют только на живые клетки, участвуют в обмене веществ, влияют на рост, дифференцировку, размножение, обеспечивают ответную реакцию организма на изменение окружающей среды. Регулирует эндокринные функции организма комплекс гипоталамуса (регулирует) и гипофиза (реализует).

Генетический гомеостазобеспечивает относительную стабильность популяции при поддержании генотипической структуры. К биологическому сходству между родителями и потомками приводит способность организмов передавать по наследству признаки и свойства. Это же обеспечивает возможность индивидуального развития в соответствии с условиями среды. Изменчивость этой информации обеспечивает многообразие видов и форм жизни. Однако, изменчивость может приводить к качественному изменению наследственного субстрата, что приводит к появлению у потомков принципиально новых признаков, отсутствующих у родителей, т.е. к возникновению мутаций.Мутации - это естественные или искусственные, внезапные изменения генетического материала. Их основные характеристики:

- возникают внезапно, без промежуточных стадий;

- новые формы устойчивы и передаются по наследству;

- это качественные изменения;

- они бывают полезными и вредными;

- одинаковые мутации могут возникать неоднократно.

Считается, что спонтанные мутации редки и возникают в естественных условиях. Индуцированные же возникают под действием внешних факторов, которые называют мутагенными. В зависимости от природы их делят на: физические, химические и биологические.

· Физические мутагены составляют высокоэнергетичные частицы крайне малой величины, из-за чего обладают высокой способностью глубоко проникать в ткани и вызывать молекулярные нарушения

· Химическиемутагены – химические вещества, обладающие способностью оказывать токсическое или канцерогенное влияния на биологические структуры.

· Биологические мутагены – вирусы, микроорганизмы, выделяющие токсины действуют не прямо, а опосредовано через выделение химических веществ.

Безопасная деятельность человека основывается на постоянном приёме и анализе информации о характеристиках внешней среды и внутренних системах организма. Этот процесс осуществляется с помощью анализаторов – подсистем ЦНС, обеспечивающих приём и первичный анализ информационных сигналов. В зависимости от специфики принимаемых сигналов различают следующие анализаторы:

-Внешние (зрение, слух и др)

-Внутренние (давление, кинестетический, вестибулярный, специальные).

Основные параметры анализаторов:

1. абсолютная чувствительность к интенсивности сигнала – характеризуется минимальным значением воздействующего раздражителя, при котором возникает ощущение (нижний порог чувствительности)

2. предельно допустимая интенсивность сигнала (близка к болевому порогу) – верхний предел чувствительности

3. диапазон чувствительности к интенсивности

4. различительная чувствительность к изменению интенсивности сигнала, ощущаемая человеком

5. различительная чувствительность к изменению частоты сигнала

6. диапазон спектральной чувствительности (зрительный, слуховой, вибрационный), отдельно верхний и нижний пороги восприятия

7. пространственные характеристики чувствительности

8. минимальная длительность сигнала (сенсомоторная реакция)

9. адаптация и сенсибилизация

Каждый анализатор состоит из трех частей (рис. 2.1.1):

· Рецепторная клетка, которая воспринимает энергию внешнего раздражения и перерабатывает её в нервный импульс. Чем больше число рецепторов, тем больше диапазон воспринимаемого раздражения.

· Проводящие пути

· Корковый анализатор (сенсорный центр), находящийся в головном мозге.

Совокупность анализаторов, выполняющие единообразную функцию объединяются в органы чувств. У человека выделяют следующие органы чувств: органы зрения, слуха, равновесия, вкуса, обоняния и осязания.

Любое ощущение имеет четыре параметра: пространственный, временной, интенсивность, качество.

Рисунок 2.1.1 – Функциональная схема анализатора

Орган зрения состоит из глазного яблока со зрительным нервом и вспомогательных органов Объем глаза у взрослого человека 7.5 см³ . Глазное яблоко состоит из ядра, образованного тремя оболочками: фиброзной, сосудистой и десятислойной сетчаткой. Строение сетчатки: Фоторецепторные клетки соприкасаются с ассоциативными клетками палочками и колбочками. Зрительный пигмент поглощает часть падающего на него света и отражает остальную часть. Каждая палочка или колбочка содержит пигмент, который поглощает лучи с определенной длиной световой волны. Поглощая фотон света, зрительный пигмент меняет свою конфигурацию, освобождающаяся при этом энергия используется для химических реакций и возникновения нервных импульсов. В сетчатке глаза человека содержится один тип палочек (60-120 млн.)- воспринимают информацию об освещенности и форме предметов, необходимы в темнотеи три типа колбочек (6-7 млн.) -цветовое зрение_. Четкость зрения связана с состоянием функционированием хрусталика.

Вспомогательными органами являются: мышцы, веки, коньюктива, 2-3 ряда ресниц, которые обновляются в течение 100 дней и слезный аппарат. Слезы увлажняют конъюктиву и обеззараживают микроорганизмы. Ежедневно вырабатывается около 100 мл слез, имеющих слабощелочную реакцию. Слезы состоят из: воды, 1.5% соли, 0.5% альбумина и слизи, а также веществ, образующихся в организме при нервном напряжении и стрессе. Выработка слез контролируется пролактином.

Прием и анализ информации глазом происходит в диапазоне 380-760 нм. Глаз различает 7основных цветов и более сотни оттенков. Характеристикой чувствительности являетсяотносительная видность (канделы на м²). Различие предмета на фоне других определяется контрастом его с фоном. Величина контраста оценивается количественно, как отношение разности яркости предмета и фона к большей яркости.

Временные характеристики восприятия сигнала глазом:

· Латентный период -0.15-0.22 с;

· Порог обнаружения сигнала при большей яркости 0.001с;

· Привыкание к темноте (несколько секунд – несколько минут);

· Критическая частота слияния мельканий – 14-70Гц

Органы слуха и равновесия (статического чувства) у человека обледенены в сложную систему: наружное ухо, среднее ухо и внутреннее. Наружное ухо - ушная раковина и наружный слуховой проход, длиной 35 мм закрытый барабанной перепонкой, которая отделяет наружное ухо от среднего. Среднее ухо – это барабанная полость объемом около 1 см³. В ней находятся три слуховые косточки, передающие звуковые колебания и сухожилия мышц. Барабанная полость продолжается в слуховую трубу (евстахиеву), которая открывается в носовой части глотки. Труба выполняет функцию выравнивания внутреннего давления воздуха. Внутреннее ухо состоит из перепончатого лабиринта. В нём две части: вестибулярная и улитковая. Человек способен воспринимать звуковые колебания от 16 до 21 000 Гц. С возрастом эта величина снижается в 2-3 раза. Сильный шум травмирует орган слуха и вызывает психоэмоциональный стресс.

Особенности слухового анализатора:

- способность быть готовым к приему информации в любой момент времени;

- широкий диапазон восприятия и способность выделять отдельные звуки;

- способность устанавливать местоположение источника звука.

Орган обоняния. Обонятельная область слизистой оболочки носа взрослого человека занимает 250-300 мм². Обонятельные клетки (40 млн.) имеют центральные и периферические отростки: дендриты образуют обонятельную булаву, а аксоны собираются в обонятельные нити. Молекулы пахучих веществ взаимодействуют с белками булавы, генерируют нервный импульс, который, в конце концов, достигает коркового центра обонятельного анализатора в коре головного мозга. Несмотря на то, что существует девять четко различимых групп запахов, человек способен различить около трех тысяч.

Орган вкуса у человека образован примерно 2000 вкусовых почек, расположенных в толще многослойного эпителия боковых поверхностей желобоватых, листовидных, грибовидных сосочков языка, а также в слизистой оболочке нёба, зева и надгортанника. Для возникновения сладкого вкуса достаточно содержание в продукте 0.5% сахара, 0.25% соли, 0.002% горького и 0.001% кислоты.

Кожавыполняет многообразные функции: защитную, терморегуляционную, дыхательную, обменную, является депо крови и органом осязания. Железы кожи вырабатывают пот и кожное сало. С потом выделяется около 500 мл воды, солей, конечных продуктов азотистого обмена. Кожа активно участвует в обмене витаминов, особенно важен синтез витамина D. Площадь кожного покрова взрослого человека составляет 1.5-2.м² и эта поверхность является рецепторным полем осязания, болевой, температурной чувствительности и важнейшей эрогенной зоной. Кожа состоит из эпидермиса и дермы. Эпидермис – многослойный ороговевающий эпителий (на участках, подвергающихся постоянному давлению толщина его 2.3 мм). В эпидермисе находятся пигментные клетки. Дерма – 1-2.5 мм соединительной ткани. Подкожная клетчатка играет важную роль в терморегуляции. Кожа иннервируется чувствительными нервами, отходящими от спинно-мозговых и черепных нервов, а также волокнами вегетативных нервов, подходящих к сосудам, гладким мышечным волокнам и железам. Рецепторы чувствительности расположены по всему телу и не образуют обособленных органов. Основными рецепторами кожи являются: механические, болевые, температурные.

Механорецепциявключает восприятие ощущений давления, прикосновения, вибрации, щекотки, которые воспринимаются лишь в определенных точках кожи. В среднем, на 1 см² кожи приходится до 170 чувствительных нервных окончаний. Наибольшая плотность осязательных клеток в коже губ и подушечках пальцев, наименьшая на спине, плечах, бедрах. Характерная особенность – быстрое развитие адаптации, которая зависит от силы раздражителя (2-20с). Вызывает рефлекс сближения с раздражителем. Ноциорецепторывызывают оборонительные рефлексы. Терморецепторы имеют латентный период 0.2с. Порог различительной чувствительности около 1˚. Часть рецепторов реагирует только на тепло, другие только на холод.

В коже человека преобладают рецепторы прикосновения и точки, воспринимающие холод. Количество болевых точек кожи значительно больше (в 9 раз), чем тактильных и температурных (в 10 раз). Время реагирования кожи для боли – 0.9с, для осязания 0.12с, для температуры 0.16с. Особенно развита чувствительность кисти и пальцев; так, кожа пальцев способна воспринять вибрацию с амплитудой 0.02 мкм.