Системы, органы, клетки человека

Человеческий организм состоит из систем – групп органов, функционирующих вместе:

костная – все кости тела, хрящи, суставы и связки, соединяющие их;

мышечная – мышцы тела, одни из которых регулируются сознательно (скелетные, или поперечнополосатые мышцы), другие регулируются без участия сознания (гладкие, или непроизвольно сокращающиеся мышцы);

нервная – мозг, органы чувств (глаза, уши, вкусовые сосочки, обонятельные и осязательные рецепторы), нервы, спинной мозг;

эндокринная – гормонопроизводящие железы: гипофиз, щитовидная железа, паращитовидная железа, надпочечники; поджелудочная железа, вилочковая железа (тимус), части яичек и яичников и небольшая группа тканей в кишечнике;

дыхательная – легкие, бронхи (трубки к легким), трахея, рот, гортань, нос, диафрагма;

сердечно‑сосудистая – сердце, артерии, вены, капилляры, кровь;

лимфатическая – структуры, участвующие в циркуляции лимфы и в защите организма от болезней, включая лимфатические узлы, лимфатические сосуды, селезенку, миндалины, аденоиды, вилочковую железу (тимус);

пищеварительная – рот, язык, зубы, слюнные железы, пищевод, желудок, тонкий кишечник, печень, желчный пузырь, поджелудочная железа;

выделительная – органы и железы, участвующие в выведении из организма отходов: потовые железы, толстый кишечник и мочевыделительная система (почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал – уретра);

репродуктивная – мужская: яички, половой член, предстательная железа, семенные пузырьки, мочеиспускательный канал; женская: яичники, фаллопиевы трубы, матка, шейка матки, влагалище, наружные половые органы – вульва; мужские и женские половые гормоны.

Как видно из перечисленного, системы состоят из различных органов. Органы, в свою очередь, состоят из клеток. Клетка – это микроскопическая структура, достигающая в диаметре только сотой доли миллиметра. Клетки различаются по форме, величине и структуре в соответствии с функцией, которую они выполняют. Клетки, входящие в одну систему, схожи между собой (рис. 1). Мышечные клетки (1) , например, длинные и тонкие, могут сжиматься и расслабляться, позволяя, таким образом, телу двигаться. Многие нервные клетки (6) тоже длинные и тонкие, но они призваны передавать импульсы. Красные кровяные клетки (4) имеют круглую форму, они переносят кислород и углекислоту. Клетки поджелудочной железы (5) сферической формы, они производят и восстанавливают гормон инсулин. Несмотря на эти вариации, все клетки тела состоят из ядра, оболочки, в которой сосредоточено желеобразное вещество – цитоплазма, – и мембраны, через которую проходят питательные вещества и отбросы.

Рис. 1. Клетки различных органов:

1 – мышечные; 2 – слизистой оболочки рта; 3 – кости;

4 – красные кровяные; 5 – поджелудочной железы;

6 – нервные; 7 – слизистой оболочки кишечника;

8 – соединительной ткани; 9 – сперматозоид

Обмен веществ

Организм функционирует за счет жизнедеятельности клеток, а клетки для этого должны получать питание. Питание они получают за счет пищи, которая преобразуется химическими веществами – ферментами и гормонами. Ферменты влияют на химические превращения пищи в элементарные питательные вещества, необходимые клеткам. Сегодня известно более 3,5 тысячи ферментов, которые расщепляют белки, жиры и углеводы. Деятельность ферментов контролируется гормонами. Без гормонов ферменты не могли бы совершать свою работу.

Гормоны, вырабатывающиеся железами эндокринной системы, могут активизировать деятельность одних ферментов и тормозить действие других. Поэтому очень важно сохранять баланс гормонов в крови, не допускать ни избытка их, ни недостатка. Не случайно искусственным введением гормонов трудно контролировать баланс. С помощью таких гормонов можно улучшить деятельность одних органов и ухудшить других. Скажем, женщина, принимающая гормоны для улучшения работы половой сферы, может набрать избыточный вес. Или употребление гормонов для улучшения работы суставов может ухудшить зрение.

Обмен веществ имеет отношение ко всем химическим процессам, происходящим в теле человека, способствуя его выживанию. Обмен веществ делится на катаболизм и анаболизм. Катаболизм представляет собой расщепление углеводов, жиров и белков для образования энергии. Энергия, высвобождаемая в процессе катаболизма, превращается в полезную работу с помощью мышечной деятельности, а некоторое ее количество теряется в виде тепла. Анаболизм включает химические процессы, направленные на образование и обновление структурных частей и клеток тканей. При этом запасается энергия, которая тратится для роста, воспроизведения и защиты организма от инфекций и болезней.

Вещества, в которых нуждается наш организм, можно разбить на шесть групп: вода, минералы, протеины, жиры, углеводы и витамины. Строительным материалом для организма являются протеины, вода и минералы. Они необходимы для роста тела, образования новых клеток и тканей.

Протеины – главный строительный материал – состоят, главным образом, из углерода, водорода, кислорода и азота. Протеины еды расщепляются в организме на аминокислоты, которые служат «кирпичиками» для создания многих химических веществ, в том числе гормонов и ферментов. В более чем двух десятках аминокислот нуждается организм, одни из них могут быть синтезированы самим организмом, другие он получает из протеинов животной пищи, третьи – из протеинов растительной. Конечным продуктом обмена белков является мочевая кислота. Она образуется в тканях и печени, откуда поступает в кровеносную систему и через почки выводится из организма.

Жиры , поступающие в пищу, частично идут на создание жировых запасов, частично же окисляются с выделением энергии и образованием конечных продуктов – углекислоты и воды. Жиры необходимы для нормального усвоения кальция, магния и жирорастворимых витаминов (A, D и др.). Например, каротин, из которого образуется витамин А, из сырой моркови всасывается кишечником в незначительном количестве, а из моркови, заправленной сметаной или растительным маслом, – от 60 до 90 %. Жиры обладают высокой калорийностью, но следует знать, что ожирению способствуют не столько жиры, сколько углеводы (в виде сахара) при избыточном их употреблении.

При нарушении жирового обмена в связи с перееданием или употреблением слишком жирной пищи наблюдается снижение или даже утрата способности крови освобождаться к следующему приему пищи от этих веществ. Их постоянный избыток может вызвать сгущение и остановку капиллярного тока крови. Кроме того, повышение жирности крови вызывает «склеивание» эритроцитов.

В группу жиров входят некоторые жироподобные вещества, из них наибольший интерес представляют холестерин и лецитин. Холестерин принимает участие в образовании половых гормонов и гормонов, выделяемых надпочечниками. Поступивший с пищей и синтезированный в организме холестерин соединяется в кишечнике с жирными кислотами и переходит в кровь. Избыток холестерина распадается в печени и выделяется с желчью в виде желчных кислот в кишечник. Лецитин благоприятно влияет на деятельность центральной нервной системы и печени, стимулирует кроветворение, повышает сопротивляемость организма инфекциям, токсическим веществам, препятствует развитию атеросклероза.

Углеводы являются важнейшим источником энергии. Углеводы делятся на три группы. К первой относятся простые углеводы, или моносахариды, содержащие одну молекулу углеводов: глюкоза, фруктоза, галактоза. Во вторую группу входят дисахариды, содержащие две молекулы углеводов: сахароза (свекловичный и тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар) и мальтоза (солодковый сахар). К третьей группе относятся полисахариды, состоящие из нескольких моносахаридов: крахмал, гликоген, клетчатка.

С физиологической точки зрения особое значение имеют глюкоза и гликоген, так как они являются основными источниками энергии, используемой организмом. При необходимости экстренных энерготрат – эмоциональное возбуждение (боль, страх, гнев, ярость и другие чувства), интенсивная мышечная работа – они легко извлекаются из депо и быстро окисляются с выделением энергии. Особенно велика роль глюкозы в питании скелетных мышц и центральной нервной системы.

Значение глюкозы для нормального функционирования организма подтверждается тем, что при снижении уровня сахара в крови (гипогликемия) появляются резко выраженная мышечная слабость, ощущение утомления, ускорение сердцебиения, усиление потоотделения, побледнение или покраснение кожного покрова и т. д. В тяжелых случаях падает температура тела, нарушается деятельность центральной нервной системы (начинаются судороги, бред, меркнет сознание). Все эти явления сразу же исчезают после введения раствора глюкозы. В тонких кишках всасываются в кровь только простые одномолекулярные сахара: глюкоза, фруктоза, галактоза, ксилоза и арабиноза. Более сложные углеводы – дисахариды (сахароза, лактоза) и полисахариды (гликогены и крахмал) – могут быть усвоены организмом только после их расщепления на соответствующие моносахариды.

Через капилляры кишечных ворсинок моносахариды попадают в кровеносную систему и с током крови доставляются прежде всего в печень. Здесь значительная их часть проходит через печень без изменения и разносится с током крови по всему телу. Чем больше потребляется богатой углеводами пищи, тем выше содержание гликогена в печени.

Разные органы используют неодинаковое количество глюкозы из притекающей к ним крови. Наибольшее количество глюкозы потребляется мозгом и сердечной мышцей. Сохранение постоянной концентрации сахара в крови (от 80 до 120 миллиграммов глюкозы на 100 миллиграммов крови) поддерживается двумя процессами: потреблением глюкозы тканями и поступлением ее в кровь из печени. Гликоген расщепляется в печени непосредственно на глюкозу без промежуточных продуктов. Этот процесс называется «мобилизацией гликогена». При недостатке углеводов в пище гликоген может образовываться в печени из белков и жиров.

Нарушения углеводного обмена чаще всего связаны с заболеваниями печени, при которых печень теряет способность превращать в гликоген поступающую из кишечника глюкозу, и с заболеваниями поджелудочной железы, самым известным из которых является сахарный диабет.

Витамины играют очень важную роль в процессах усвоения пищевых веществ и во многих биохимических реакциях организма. Большая часть витаминов поступает с пищей, некоторые из них синтезируются микробной флорой кишечника и всасываются в кровь, поэтому даже при отсутствии таких витаминов в пище организм не испытывает в них потребности. Недостаток в пищевом рационе какого‑либо витамина (не синтезируемого в кишечнике) вызывает болезненное состояние, называемое гиповитаминозом. В случае нарушения всасывания витаминов в кишечнике при том или ином заболевании гиповитаминоз может иметь место даже при достаточном количестве витаминов в пище.

Обмен минеральных солей. Осмотическое давление крови и межклеточных жидкостей определяется концентрацией солей натрия, кальция, магния, калия. Постоянство осмотического давления является важнейшим условием нормального протекания всех обменных процессов, условием, обеспечивающим устойчивость организма к различным воздействиям внешней среды. Концентрация неорганических составных частей жидкостей организма поддерживается с особой точностью и потому подвержена наименьшим индивидуальным колебаниям.

Соотношение ионов в крови человека и всех позвоночных животных очень близко к ионному составу океанских вод (по всем ионам, за исключением магния). На основании этого факта еще в конце прошлого столетия было высказано предположение о зарождении жизни в океане и о том, что современные животные, так же как и человек, унаследовали от своих океанических предков неорганический состав крови, сходный с морской водой. Эта точка зрения в дальнейшем была подтверждена многочисленными исследованиями, показавшими, что жизнь, несомненно, возникла в воде, но не пресной, а в растворе солей натрия, калия, кальция и магния.

Решающее значение в поддержании постоянного соотношения в крови основных ионов, участвующих во многих жизнеобеспечивающих процессах, прежде всего ионов натрия и калия, имеет деятельность почек. Если в организм поступает мало натрия, то в почечных канальцах резко увеличивается его обратное всасывание. Избыток же в плазме крови натрия тормозит его обратное всасывание в канальцах почек, при этом увеличивается задержка в крови калия – соотношение между ионами снова нормализуется. Так же регулируется содержание в крови других ионов – кальция, фосфора, хлора и пр.

На рис. 2 показана общая схема обмена веществ. Нарушения в обмене веществ ведут к накоплению ядовитых веществ в организме. Нарушения в образовании гормонов является распространенной причиной нарушения обмена веществ. Диабет, например, вызывается сниженным образованием гормона инсулина в поджелудочной железе. Без инсулина клетки не могут всасывать и расщеплять глюкозу, и кровеносные сосуды начинают засахариваться.

Рис. 2. Общая схема обмена веществ:

1 – обработка пищи в желудке и кишечнике до мелких составных частей (протеинов, жиров, углеводов);

2 – перенос этих веществ кровью в печень для очистки и дальнейшей обработки;

3 – печень; 4 – очищенная кровь с переработанными до конца веществами;

5 – клетки