Строение и жизнедеятельность организма человека

Организм — самостоятельно существующая единица органического мира, представляющая собой саморегулирующуюся систему, реагирующую как единое целое на различные изменения внешней среды. Каждый организм обладает со­вокупностью признаков, отличающих его от неживой природы: обменом веществ, энергии и информации, самовоспроизведением, наследственностью, изменчиво­стью, ростом, развитием и строением, раздражительностью, саморегуляцией. Человек с его сложным анатомическим строением, физическими и психическими особенностями представляет собой высший этап эволюции органического мира.

Строение и жизнедеятельность различных органов, систем и всего орга­низма неотделимы друг от друга. Знание строения и функций человеческого орга­низма позволяет каждому человеку сознательно вести здоровый образ жизни, соблюдать научно-обоснованные правила личной и общественной гигиены, из­бегать различных заболеваний, быть здоровым и физически развитым.

Организм человека как единая биологическая система.

Регуляция его деятельности

Строение и функции организма изучают такие разделы биологии, как ана­томия, физиология и гигиена.

Анатомия человека — наука, изучающая строение тела человека, его ор­ганов и систем.

Физиология человека — наука о процессах жизнедеятельности (функци­ях) и механизмах их регулирования в клетках, тканях, органах, системах орга­нов и целостном организме.

Гигиена человека — наука о влиянии физических, химических, биологи­ческих и социальных факторов окружающей среды на здоровье человека, его работоспособность и продолжительность жизни.

Эти науки тесно взаимосвязаны и составляют основу современной медици­ны, педагогики, психологии и валеологии.

Для каждого организма характерна определенная организация его структур Выделяют тесть уровней организации человеческого организма: 1) молекуляр­ный; 2) клеточный; 3) тканевый; 4) органный; 5) системный; 6) организменный.

Молекулярный уровень организации. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования био­логических макромолекул (биополимеров): нуклеиновых кислот, белков, жиров (липидов), полисахаридов, витаминов, ферментов и других органических веществ. Молекулы белка, в свою очередь, расщепляются в организме на молекулы мономе­ры — аминокислоты, жиры — на молекулы глицерина и жирных кислот, углеводы - на молекулы глюкозы и т.д. С молекулярного уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма.

Клеточный уровень организации. Клетка — элементарная структурная, функциональная и генетическая единица многоклеточного организма. В теле человека насчитывают приблизительно 10¹⁴ клеток. Клетки сложного организ­ма специализированы. Каждая клетка имеет клеточную мембрану, цитоплазму и ядро. Мембрана ограничивает внутреннюю среду клетки, защищает ее от по­вреждений, регулирует обмен веществ между клеткой и средой, обеспечивает взаимосвязь с другими клетками. Цитоплазма — внутренняя полужидкая сре­да клетки, в которой находятся органоиды клетки, в том числе и ядро, которое выполняет функции хранения и передачи наследственной информации, регуля­ции синтеза белка; деление ядра лежит в основе размножения клеток.

Тканевый уровень организации. Ткани — это группы клеток и межкле­точного вещества, объединенные общим строением, функцией и происхожде­нием. Различают четыре основных группы тканей: эпителиальная, соединитель­ная, мышечная и нервная.

Эпителиальная (пограничная) ткань находится на поверхностях, гра­ничащих с внешней средой, и выстилает изнутри стенки полых органов, крове­носных сосудов, входит в состав желез организма. Эпителий обладает высокой способностью к восстановлению (регенерации), служит материалом для волос, ногтей, эмали зубов.

Соединительные ткани (ткани внутренней среды) выполняют питатель­ную, транспортную и защитную (кровь, лимфа), а также опорную (сухожилия, хрящи, костная ткань) функции. Разновидностью соединительной ткани явля­ется жировая.

Мышечная ткань делится на три вида:

- поперечно-полосатая (скелетные мышцы, мышцы языка, глотки, горта­ни);

- гладкая (образует стенки внутренних органов);

- сердечная (как и скелетная, она имеет поперечно-полосатое строение, но, подобно гладкой мускулатуре, сокращается непроизвольно).

Нервная ткань, состоящая из нервных клеток (нейронов), участвует в проведении нервного импульса от различных органов и тканей в центральную не­рвную систему и обратно.

Органный уровень организации. Различные ткани, соединяясь между собой, образуют органы: сердце, почки, легкие, головной мозг, спинной мозг, мыш­ца, мочевой пузырь, матка, грудная железа, желудок, глаз, ухо и т.д. Орган зани­мает постоянное положение, имеет определенное строение, форму и функции. Орга­ны, сходные по своему строению, функциям и развитию, объединяются в системы органов.

Системный уровень организации. Совокупность органов, участвующих в выполнении какого-либо сложного акта деятельности, образует анатомичес­кие и функциональные объединения — системы органов. Различают девять ос­новных систем организма.

/. Система органов движения, или опорно-двигательный аппарат, объе­диняет все кости (скелет), их соединения (суставы, связки) и скелетные мыш­цы. Благодаря этой системе организм передвигается во внешней среде; кости скелета защищают внутренние органы от механических повреждений (череп за­щищает мозг, грудная клетка — сердце и легкие).

2. Пищеварительная система объединяет органы, выполняющие функ­ции приема пищи, ее механической и химической переработки, всасывания пи­тательных веществ в кровь и лимфу и выведения непереваренных частей пищи. Пищеварительная система состоит из ротовой полости, глотки, пищевода, же­лудка, тонкого и толстого кишечника. К пищеварительной системе относятся
также слюнные железы, печень и поджелудочная железа.

3. Дыхательная система осуществляет потребление организмом кисло­рода и выделение углекислого газа, т.е. функцию газообмена между организ­мом и внешней средой. К системе органов дыхания относятся носовая полость, гортань, трахея, бронхи и легкие.

4. Мочевыделительная система выполняет функцию выделения из организма конечных продуктов обмена и функцию поддержания постоянства внут­ренней среды организма (гомеостаза), в частности водно-солевого баланса. К мочевыделительной системе относятся почки, мочевой пузырь, мочеточники и мочеиспускательный канал.

5. Половая система объединяет органы размножения и выполняет функ­цию продления рода человеческого. Различают мужскую и женскую половые системы, которые включают наружные и внутренние половые органы (гонады).

К мужским половым органам относятся наружные (половой член, мошонка) и внутренние (яички с придатками, семявыносящие и семявыбрасывающие про­токи, семенные пузырьки, предстательная и куперовы железы). Яички — парные мужские половые железы, вырабатывающие мужские половые клетки (сперма­тозоиды) и выделяющие в кровь мужские половые гормоны - андрогены. Про­цесс роста и развития мужских половых клеток называется сперматогенезом.

К женским половым органам относятся наружные (большие и малые половые губы, клитор) и внутренние (яичники, маточные трубы, матка, влагалище). Матка ­полый мышечный орган, предназначенный для вынашивания плода. Ее внут­ренний слой (эндометрий) выстлан слизистым эпителием, который обновляется в каждом менструальном цикле. Яичник — парная женская половая железа, в кото­рой происходит развитие и созревание женских половых клеток (яйцеклеток), а также образование женских половых гормонов — эстрогенов и прогестерона. Про­цесс выхода созревшей яйцеклетки из яичника называется овуляцией.

6. Эндокринная система состоит из желез внутренней секреции, к кото­рым относятся гипофиз, эпифиз, вилочковая железа, щитовидная, поджелудоч­ная, паращитовидная, половые железы, надпочечники. Они вырабатывают осо­бые активные вещества (гормоны), которые непосредственно всасываются в кровь. Гормоны разносятся кровью по всему организму и оказывают регулирующее влияние на различные функции, прежде всего на обмен веществ, активность генов, процессы онтогенетического развития, дифференцировку тканей, формирование пола, размножение, тонус коры головного мозга и т.д.

7. Сердечно-сосудистая система (ССС) обеспечивает непрерывное дви­жение крови в организме (кровообращение), благодаря чему осуществляются транспортные функции крови: доставка тканям кислорода, питательных веществ и гормонов и удаление из тканей веществ, образующихся в результате процес­сов обмена. ССС включает сердце, кровеносные (артерии, вены и капилляры) и лимфатические сосуды. ССС играет важную роль в интеграции организма в единое целое. Через кровь и лимфу осуществляется связь между органами.

8. Система органов чувств объединяет органы зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Они воспринимают информацию внешней среды, играют важ­ную роль в обмене информацией между организмом и средой.

9. Нервная система играет ведущую роль в объединении организма в еди­ное целое, регулирует деятельность всех внутренних органов и систем органов. Она осуществляет связь организма с окружающей внешней средой на основе условных и безусловных рефлексов, обеспечивая приспособление к изменяю­щимся условиям жизни, а также осуществляет психическую деятельность че­ловека, возникающую на основе физиологических процессов ощущения, вос­приятия и мышления,

Нервная система включает головной и спинной мозг, отходящие от них нервы и все их разветвления. Головной и спинной мозг образуют центральную нервную систему (ЦНС). Высшим отделом ЦНС является кора головного мозга. Все нервы, отходящие от головного и спинного мозга, составляют пе­риферическую нервную систему. Деятельность спинного мозга и перифе­рической нервной системы регулируется вышележащими отделами ЦНС, т.е. головным мозгом.

Головной мозг расположен в черепе. В нем находятся нервные центры, обеспечивающие важнейшие функции организма и психическую деятельность человека. Масса головного мозга мужчин в среднем составляет 1400 г, а женщин -1300 г. Эти различия отражают не умственную способность, а соотношение массы мозга к массе тела.

В головном мозге различают большие полушария и ствол мозга. В стволе мозга находятся центры дыхания, сердечной деятельности, пищеварения, рво­ты, координации движений и регуляции тонуса мышц, регуляции ощущений органами чувств и т.д. Это центры безусловных рефлексов — врожденных ответных реакций организма, обеспечивающих важные жизненные функции организма: дыхание, сердцебиение, пищеварение, терморегуляцию, поддержа­ние тонуса мышц.

Большие полушария (левое и правое) состоят из серого и белого веще­ства. Серое вещество, состоящее из тел нервных клеток, образует кору голов­ного мозга толщиной около 3 — 4 мм. Белое вещество, образованное отростка­ми нервных клеток, расположено под корой. Между правым и левым полуша­риями головного мозга существует межполушарная асимметрия. Это оз­начает, что функции обоих полушарий не совсем одинаковы. Например, у прав­шей (люди, у которых главная действующая рука правая) центр речи находится в левом полушарии. Левое полушарие у правшей является главным нервным субстратом человеческого сознания и называется доминантным,

Лобные доли больших полушарий у человека — самые большие по площа­ди участки коры (у животных они отсутствуют, кроме шимпанзе). Одна из фун­кций лобной доли состоит в управлении врожденными поведенческими реак­циями при помощи накопленного опыта. Для больных с пораженными лобны­ми долями коры характерны импульсивность, несдержанность, раздражитель­ность и другие проявления психической неустойчивости. Такие больные часто становятся грубыми, нетактичными, хотя интеллект у них сохраняется, они ча­сто вступают в конфликт с другими людьми.

Кора головного мозга оказывает влияние на все функции организма и обес­печивает связь организма с внешней средой, обусловливая высшую нервную де­ятельность организма (психическую деятельность, мышление, память, речь и т.д.). В коре больших полушарий находятся центры условных рефлексов. Условные рефлексы — это приобретенные в процессе обучения знания. Если при повреж­дающих воздействиях погибают клетки коры головного мозга, то человек полно­стью или частично лишается навыков, полученных им ранее. Такое воздействие возможно при клинической смерти, когда клетки коры головного мозга погиба­ют от недостатка кислорода. Память имеет огромное значение в жизни человека. Можно лишь приблизительно оценить информационную емкость человеческого мозга: она равна примерно 3x10⁸ бит (бит - единица информации). Из всей ин­формации, окружающей человека, в долговременную память поступает лишь 1%

Уровень целостного организма. Организм человека функционирует как единое целое и представляет собой саморегулирующуюся систему. Взаимосвя­занная, согласованная работа всех органов и физиологических систем обеспе­чивается гуморальной и нервной регуляцией.

Совершенное устройство животного организма связано с координацией всех физиологических процессов, которая изменяется в нормальных условиях, со­ответственно текущим потребностям организма, которые обеспечиваются дея­тельностью физиологических систем, функции которых строго интегрированы. Основными системами, определяющими регуляцию этих функций, являются:

- соматическая нервная система¹;

- вегетативная нервная система² (симпатическая и парасимпатическая);

- система интероцепторов (нервные окончания во внутренних органах);

- медиаторы (биогенные нейроактивные вещества);

- гормоны, метаболиты, ферменты³;

- триггеры (пусковые механизмы).

Все это вместе взятое и составляет нейрогуморальную регуляцию⁴ физио­логических процессов, в основе которой и лежит синтез нервных и химических факторов.

Существуют так называемые барьерные механизмы, которые регулируют переход физиологически необходимых веществ во внутреннюю среду клеток и органов, и таким образом реализуется действие гуморальных факторов. Акаде­мик Д.С. Штерн выделила сосудисто-тканевый и кровемозговой барьеры, пос­ледний регулирует и защищает относительное постоянство состава и свойств внутренней среды мозга.

В процессе длительной эволюции животного организма создалось относитель­ное постоянство физиологических функций, основное назначение которых со­стоит в адекватной адаптации к постоянным изменениям внешней среды. Со­ответственно последним происходит изменение внутренних регуляторных меха­низмов. Таким образом, в процессе эволюционного отбора возникли регуляторные механизмы, способствующие так называемой нормальной организации физи­ологических процессов, которые находятся в основе гомеостаза, т.е. постоян­ства внутренней среды. Последняя оказывает влияние и на генный аппарат.

Важным элементом регуляции функций является сохранение потенциаль­ной реактивной способности организма на случай нового изменения внешних условий. В этом суть, собственно говоря, физического воспитания человека.

Наиболее эффективным является ауторегуляция физиологических про­цессов. Основным регулятором жизнедеятельности организма считается фун­кции нервной системы. Особенно это относится к двигательной деятельности. Гак, перерезка нервов, идущих к мышцам, вызывает паралич соответствующей Двигательной функции. Немаловажна роль химических превращений в деятель­ности нерва.

Упомянутые барьеры обладают двойной функцией: peгуляторной и защитной. Первая определяет переход из крови в клетку только тех веществ, которые явля­ются необходимыми для нормальной функции. Вторая предохраняет клетку от попадания в нее чуждых веществ, например, желчные пигменты постоянно нахо­дятся в крови, но они являются чуждыми для мозга и поперечно полосатых мышц.

Выполнение любой деятельности животного организма, будь это погоня за добычей или спасение от хищника, равно как и всякая активность человека (про­фессиональная, социальная, бытовая, спортивная и т.д.), требует расходования энергии. Постоянное накопление энергии и сохранение ее относительного по­стоянства происходит, в первую очередь, за счет функций жизнеобеспечиваю­щих систем — сердечно-сосудистой и дыхательной: сердечно-сосудистая система разносит питательные вещества органам и способствует выведению из организ­ма продуктов их жизнедеятельности (шлаки), а дыхательная — доставляет кисло­род и выводит углекислоту. Впрочем, все системы являются жизненно необходи­мыми. Пищеварительная система, печень, поджелудочная железа, почки, селе­зенка обеспечивают необходимыми веществами все органы организма. Есть еще и система эндокринных желез (гипофиз, шишковидная, щитовидная, паращитовидная железы, надпочечники, половые железы), которые вырабатывают гор­моны — для участия в гуморальной регуляции физиологических процессов.

В основе влияния вегетативной нервной системы на различные физиологи­ческие процессы находится антагонизм между симпатической и парасимпа­тической нервными системами. Экспериментально показано, например, что раз­дражение симпатического нерва на фоне утомления мышцы ведет к значитель­ному усилению ее работоспособности. Раздражение блуждающего (парасим­патического) нерва ведет к замедлению сердечного ритма, а при раздражении симпатического — к учащению ритма. Известно также, что симпатическая не­рвная система оказывает влияние на функциональное состояние центральной нервной системы и органон чувств (зрение, слух, вкус, обоняние, осязание). Так возникло учение об адаптационно-трофической функции нервной системы (трофопитание).

Воздействие внешней среды через систему органов чувств трансформиру­ется в импульсы мозга, из которого они передаются к периферическим элемен­там вегетативной нервной системы. Эти импульсы, в основном, направляются в гипоталамус (подбугорье — образование в мозге, состоящее из 48 ядер). Пос­ледний регулирует следующие процессы: 1) терморегуляцию; 2) сердечно-со­судистую систему; 3) водный и солевой обмен; 4) проницаемость сосудов и тка­невых мембран; 5) белковый обмен; 6) углеводный обмен; 7) жировой обмен; 8) обеспечение эндокринных функций половых желез; 9) желудочно-кишечно­го тракта; 10) мочеотделения; 11) дыхания; 12) постоянства внутренней среды; 13) сна и бодрствования.

Все это возможно лишь в том случае, если "сработают" интероцепторы, т.е. нервные элементы во внутренних органах, чья роль состоит в центростреми­тельной передаче импульсов от периферии к центрам. Так, известны: 1) механорецепторы, или барорецепторы, воспринимающие изменения давления; 2)хеморецепторы, реагирующие на изменение химического состава и физико-химичес­ких свойств интимной среды клеток и органов; 3) терморецепторы - темпера­турные; 4) осморецепторы, отвечающие за гипо- или гипертонические измене­ния внутренней среды. И снова мы подчеркиваем мысль, что "тренировка" этих элементов под влиянием хотя бы двигательной активности помогает поддержи­вать нормальное функционирование всех физиологических систем организма.

Интересно влияние отдельных органов на функции различных физиологи­ческих систем — с помощью "метаболитов". Так, метаболиты мозга угнета­ют и замедляют ритм сердца. Спинно-мозговая жидкость и кровь, оттекающая от мозга, повышают работоспособность утомленного нервно-мышечного аппа­рата. В малых дозах — усиливают желудочную секрецию, в больших угнетают. В печени повышают количество гликогена и желчных пигментов. Мочегонное действие усиливается.

Метаболиты мышц: расширяются сосуда, повышая работоспособность утом­ленных мышц (особенно при глубоком утомлении), повышают мочеотделение.

Метаболиты легких: замедление и угнетение работы сердца, расшире­ние сосудов, усиление мочеотделения.

Метаболиты желудка: в малых дозах — усиливают работу сердца, в боль­ших — угнетают; повышают кроветворение.

Метаболиты печени: сужение или расширение сосудов, усиление моче­отделения.

Метаболиты почки: сужение или расширение сосудов, усиление работы сердца, повышение мочеотделения.

Таким образом, функционирующие системы или отдельные органы нахо­дятся под взаимным влиянием метаболитов других органов. Это и есть прояв­ление нейрогуморальной регуляции физиологических процессов.

Немаловажную роль в этой регуляции играет состояние спинно-мозговой жидкости (СМЖ), также являющейся своего рода барьером и питательной средой мозга. При мышечном утомлении установлено повышенное содержание ионов калия в СМЖ, при этом калия в крови становится меньше, а количество кальция увеличивается. Та же картина наблюдается при длительном голодании, при перегревании. Все эти изменения влияют на функцию мозга — основы Центральной нервной системы (ЦНС).

Основной механизм саморегуляции состоит в том, что развитие любого физиологического процесса создает в организме такие промежуточные процессы при которых одновременно развивается угнетение одних процессов и стимулирование других, противоположных. В этих промежуточных процессах может превалировать любой из следующих факторов: физический, физико-химический, химический, ферментативный, гуморальный, нейрогуморальный и нервный. Ака­демик П.К.Анохин отмечал, что само отклонение функций от нормы служит им­пульсом к возвращению нормы. Это и есть "золотое правило саморегуляции". Каж­дая линия регуляции функционирует по принципу обратной связи. "Отец киберне­тики" Н. Винер считал: "В многочисленных примерах так называемого гомеостаза мы встречаемся с тем фактом, что обратная связь участвует не только в физиологи­ческих явлениях, но и оказывается необходимой для продолжения жизни".

Интересно, что закон отклонения гомеостаза распространяется не на все регу­лируемые функции, а лишь на три из них: способность живого к размножению, адаптация, регулирование потока энергии (обмен веществ). Последний является основным свойством живой системы. В то же время, чем выше способность к адап­тации (а в основе ее также лежат энергетические процессы), тем выше жизне­способность системы. Наконец, способность к размножению обеспечивает со­хранение вида. Три основных свойства живого находятся в тесном взаимодействии. И по мере развития организма требуется поэтому постоянное увеличение мощнос­тей этих систем, что ведет к их саморазвитию.

В то же время известно, что отклонение гомеостаза создает группу опреде­ленных болезней, связанных, по мнению многих, с неблагоприятным влиянием, факторов внешней среды. Вот пример: переедание — ожирение, сахарный ди­абет тучных, атеросклероз. А "стрессорная реакция"? Повышение или пони­жение температуры окружающей среды, голод или жажда, физическое усилие или кровопотеря, инфекция или травма, эмоциональное перенапряжение или обездвиживание — все это может быть причиной стрессорной реакции. Чтобы защитить себя от разрушения и гибели организм вырабатывает ряд стереотип­ных защитных, приспособительных реакций (Г.Селье).