Тема 4: Внутренняя среда организма.

Система крови.

Понятие внутренняя среда организма включает совокупность жидкостей – кровь, лимфу и тканевую жидкость.

Кровь непосредственно не соприкасается с клетками организма. Посредником между ними служит тканевая жидкость, которая заполняет промежутки между клетками. По тканевой жидкости из крови к клеткам перемещаются питательные вещества и кислород, а из клеток удаляются продукты обмена. Тканевая жидкость находится в движении и поступает сначала в лимфатические сосуды, а затем в кровь. Тканевая жидкость, оттекающая от органов, называется лимфой.

Человеческий организм может существовать только при условии сохранения постоянства внутренней среды организма (гомеостаза).

Кровь и все органы, в которых происходит образование и разрушение ее составных частей (красный костный мозг, печень, селезенка и т.д.) называются системой крови.

Функции крови.

1. Дыхательная. Эта функция заключается в переносе кислорода от легких к тканям и углекислого газа в обратном направлении.

2. Трофическая (питательная). Трофическая функция состоит в переносе кровью питательных веществ от ЖКТ ко всем органам.

3. Выделительная. Эта функция состоит в том, что с кровью удаляются из тканей образовавшиеся в них продукты обмена, а также излишки воды и минеральных веществ.

4. Регуляторная. Она заключается в доставке к различным органам гормонов и других биологически активных веществ, регулирующих их деятельность.

5. Терморегуляционная. Циркулирующая кровь объединяет органы, в которых вырабатывается тепло, с органами, отдающими тепло, что позволяет организму при помощи крови поддерживать постоянную температуру тела. Например, во время физической работы образующееся в мышцах тепло не задерживается в них, а поглощается кровью. При этом увеличивается приток крови к коже, через которую тепло отдается в окружающую среду.

6. Защитная. Кровь содержит антитела, обеспечивающие иммунитет, а также лейкоциты, участвующие в борьбе с различными инфекционными агентами, попадающими в организм. К защитным функциям относится также свертывание крови.

Общее количество крови у человека составляет около 6 - 8% от массы тела (4 – 6 литров). В обычных условиях не вся кровь циркулирует по сосудистому руслу, часть ее находится в депо – в печени (около 20%), селезенке (16%), коже (10%).

Клетки крови.

Эритроциты – красные кровяные клетки, их основная функция – транспорт кислорода. Они имеют форму двояковогнутого диска, что увеличивает площадь их поверхности, обеспечивая более быстрое проникновение кислорода внутрь. В крови у мужчин содержится около 5х10¹²/л эритроцитов, а у женщин около 4,5х10¹²/л.

Для подсчета эритроцитов кровь разводят специальным раствором и вносят в счетную камеру. Наиболее распространена камера Горяева. Она представляет собой стеклянную пластину с нанесенной на нее сеткой. Сетка состоит из 225 больших квадратов. Подсчет производят в 5 квадратах, затем пересчитывают их содержание на литр.

Увеличение количества эритроцитов в крови называется эритроцитозом, а уменьшение – анемией.

Эритроциты не имеют ядер и почти полностью заполнены гемоглобином, состоящим из белка – глобина и гема, содержащего железо. Гемоглобин обладает способностью легко связывать и отщеплять кислород. Окисленная форма гемоглобина (его соединение с кислородом) называется оксигемоглобином. Эта реакция протекает в легких. Количество кислорода, которое содержится в 100 мл крови при полном переходе всего гемоглобина в окисленную форму, называется кислородной ёмкостью крови. Она зависит от содержания в крови эритроцитов и гемоглобина.

В крови содержится в среднем 145 г/л гемоглобина у мужчин и 130 г/л у женщин. Измерить количество гемоглобина можно калориметрическим методом.

В тканях кислород отщепляется от гемоглобина и гемоглобин переходит в восстановленную форму. Оксигемоглобин имеет ярко-красный цвет, а восстановленный темно-красный. Этим объясняется разница в цвете артериальной и венозной крови.

Гемоглобин способен образовывать непрочное соединение с углекислым газом в тканях, перенося его к легким, и прочное соединение с угарным газом. При содержании угарного газа в воздухе всего 0,1% больше половины гемоглобина вступает с ним в связь, блокируя возможность его соединения с кислородом.

Лейкоциты – белые кровяные клетки, имеющие ядра разнообразной формы. В крови содержится от 4,0 до 8,8 х 10⁹/л лейкоцитов. Их количество может меняться под влиянием различных факторов: мышечной работы, приема пищи, болезней. Существует несколько видов лейкоцитов, между которыми существует определенное процентное соотношение, называемое лейкоцитарной формулой.

Главная функция лейкоцитов – защитная. Они могут передвигаться и выходить за пределы кровеносного русла к раздражителю: микробам, распадающимся клеткам данного организма, инородным телам. Своей цитоплазмой лейкоциты способны окружить инородное тело и с помощью специальных ферментов переварить его. Этот процесс называется – фагоцитозом. При этом лейкоцит погибает. Лейкоциты способны также образовывать антитела – клетки, которые имеют “память” о конкретном антигене (болезнетворном агенте), с которым организм уже контактировал и быстро связываются с ним при его повторном попадании в организм, обеспечивая иммунитет к определенным заболеваниям.

Тромбоциты – кровяные пластинки. Они участвуют в свертывании крови.

Плазма крови.

Плазма – бесцветная жидкость. Она на 91% состоит из неорганических веществ, из которых 90% - вода, а 1% - минеральные соли; и на 9% - из органических веществ: 7% - белки, оставшиеся 2% - глюкоза, мочевина, аминокислоты, а также жироподобные вещества.

В плазме содержатся различные ионы: натрий, калий, кальций, магний и т.д. Больше всего в ней ионов натрия и хлора. От концентрации в крови различных ионов зависит осмотическое давление плазмы, которое играет важную роль в поддержании гомеостаза.

Явления осмоса возникают везде, где имеются два раствора различной концентрации, разделенные полупроницаемой мембраной, через которую легко проходит растворитель (вода), но не проходят молекулы растворенных веществ. Сила, которая вызывает движение растворителя через полупроницаемую мембрану в сторону большей концентрации веществ называется осмотическим давлением. Осмотическое давление плазмы определяется прежде всего растворенными в ней солями.

Относительное постоянство осмотического давления поддерживается почками и потовыми железами. Поддержание его постоянства особенно важно для состояния клеток крови. Если в плазму поступает много воды, то концентрация солей в ней снижается, и по закону осмоса вода начинает поступать внутрь клеток, увеличивая их объем. При потере жидкости из плазмы концентрация солей в ней увеличивается, что ведет к выходу воды из клеток крови и их сморщиванию. И в том, и в другом случае нарушается работа клеток.

Осмотическое давление создаваемое белками плазмы называется онкотическим. Оно способствует переходу воды из тканей в кровь.

Белки плазмы крови делятся на альбумины и глобулины. Альбумины участвуют в транспорте различных веществ, в том числе лекарственных препаратов, могут связываться с солями тяжелых металлов. Глобулины также участвуют в транспорте различных веществ, в обеспечении иммунитета (g-глобулины), а также в свертывании крови (фибриноген).

Буферные системы крови. Важнейшим показателем гомеостаза является уровень кислотности крови. Он определяется по концентрации ионов водорода, которые входят в состав всех кислот. Для оценки кислотности используют водородный показатель (рН). Дистиллированная вода имеет рН равный 7,07 (нейтральный рН), кислая среда имеет меньший рН, а щелочная больший. Кровь имеет слабощелочную реакцию (рН около 7,4). Поддержание постоянного уровня кислотности имеет очень важное значение, поскольку большинство химических реакций в организме могут протекать только при определенном уровне рН.

Существует несколько путей поддержания постоянства рН: 1 – буферные системы внутренней среды; 2 – выделение СО₂ легкими; 3 – выделительная работа почек. В крови имеются следующие буферные системы: карбонатная, фосфатная, гемоглобиновая и система белков плазмы.

Карбонатная буферная система состоит из угольной кислоты (Н₂СО₃) и ее солей(NaНСО₃ и КНСО₃). При поступлении в кровь более сильной кислоты, чем угольная, например, молочной (С₃Н₆О₃), эта кислота вступает в реакцию с солями, вытесняя из них угольную. При этом образуется соль молочной кислоты и угольная кислота, которая расщепляется ферментом крови на воду и углекислый газ, выделяемый легкими.

NaНСО₃ + С₃Н₆О₃ = С₃Н₅NaO₃ + Н₂СО₃ ® Н₂O + СО₂­

При поступлении в кровь щелочных продуктов они вступают в реакцию с угольной кислотой. При этом образуются соли и вода.

Гемоглобиновая буферная система. Гемоглобин может находиться в крови в нескольких формах. Например, оксигемоглобин (соединение гемоглобина с кислородом), (восстановленный) гемоглобин HHb, от которого отщепился в тканях кислород, калиевая соль гемоглобина KHb. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин. При диссоциации оксигемоглобина в капиллярах с отдачей кислорода в ткани появляется большое количество солей гемоглобина, способных связывать ионы водорода (H⁺), поступающие из тканей с кислотами, например, угольной кислотой (Н₂СО₃),которая является следствием соединения воды и углекислого газа, образовавшегося в ходе реакций тканях.

KHb + Н₂СО₃ = KНСО₃ + HHb

Тема 5: Дыхательная система.

Внешнее дыхание.

Газообмен между организмом и окружающей средой называется дыханием. Дыхание как функция состоит из следующих процессов:

1) внешнего дыхания;

2) обмена газов между кровью и альвеолами;

3) переноса газов кровью;

4) обмена газов между кровью и тканями;

5) тканевого дыхания.

Внешнее дыхание обеспечивается дыхательным актом (циклом). Дыхательный цикл состоит из двух фаз: вдоха и выдоха.

Вдох немного короче выдоха, их соотношение - 1: 1,3. Вдох осуществляется при участии следующих мышц: основной — диафрагмы, вспомогательных — наружных межреберных мышц.

Выдох происходит пассивно при расслаблении мышц вдоха. Мышцы, способствующие выдоху, подключаются лишь при форсированном (усиленном) дыхании. К мышцам выдоха относятся мышцы брюшной стенки. Они увеличивают внутрибрюшное давление, что способствует движению купола диафрагмы вверх и уменьшению объема грудной клетки.

В процессе работы дыхательные мышцы преодолевают определенное сопротивление. 2/3 сопротивления приходятся на эластическое сопротивление (эластическую тягу) легких, которая создается в основном за счет поверхностно-активных веществ — сурфактантов, выстилающих альвеолы изнутри. Они помогают альвеолам сохранять сферическую форму, препятствуя перерастяжению на вдохе и спадению на выдохе.

1/3 сопротивления, преодолеваемого мышцами, приходится на неэластическое сопротивление воздушному потоку воздухопроводящих путей. Это сопротивление зависит от просвета воздухопроводящих путей - голосовой щели и бронхов. На выдохе – просвет сужается, что является причиной увеличения времени выдоха. Также изменяется и просвет бронхов.

Легочные объемы.

Объем воздуха, вдыхаемый за каждый цикл – называется дыхательным объемом (ДО).

В покое дыхательный объем невелик. При работе ДО может увеличиваться за счет резервного объема вдоха.

Резервный объем вдоха - это количество воздуха, которое можно вдохнуть дополнительно после спокойного вдоха.

Резервный объем выдоха - это количество воздуха, которое можно выдохнуть дополнительно после спокойного выдоха.

ДО, резервные объемы вдоха и выдоха составляют жизненную ёмкость легких.

Жизненная емкость легкость (ЖЕЛ) - это количество воздуха, которое можно выдохнуть при максимально возможном выдохе после максимально возможного вдоха. Величина ЖЕЛ зависит от пола, возраста, размеров тела, тренированности и у спортсменов от спортивной специализации. У мужчин она больше, чем у женщин, и больше у спортсменов, тренирующихся на выносливость, т.е. занимающихся теми видами спорта, где энергообеспечение идет за счет аэробных источников. У взрослых молодых людей больше, чем у пожилых и детей. Средняя величина ЖЕЛ для юноши 20 лет ростом 175см составляет 4,5л; для девушки такого же возраста ростом 165см -3,2л.

Особенно велика ЖЕЛ у пловцов и гребцов (может достигать 9л), т.к. у этих спортсменов сильно развиты вспомогательные дыхательные мышцы (большие и малые грудные).