Вклад И. П. Павлова в изучение пищеварения

Изучение физиологических основ пищеварения было проведено главным образом И. П. Павловым (и его учениками) благодаря разработанной им фистульной методике исследования. Суть этого метода состоит в создании путём операции искусственного соединения протока пищеварительной железы или полости пищеварительного органа с внешней средой. И. П. Павлов, проводя хирургические операции на животных, образовал у них постоянные фистулы. С помощью фистул ему удалось собирать чистые пищеварительные соки, без примеси пищи, измерять их количество и определять химический состав. Главное достоинство этого метода, предложенного И. П. Павловым, состоит в том, что процесс пищеварения изучается в естественных условиях существования организма, на здоровом животном, и деятельность органов пищеварения возбуждается естественными пищевыми раздражителями. Заслуги И. П. Павлова в изучении деятельности пищеварительных желёз получили международное признание — он был удостоен Нобелевской премии.
У человека для извлечения желудочного сока и содержимого двенадцатиперстной кишки используют резиновый зонд, который испытуемый заглатывает. Сведения о состоянии желудка и кишечника можно получить, просвечивая области их расположения рентгеновскими лучами, или методом эндоскопии (в полость желудка или кишечника вводится специальный прибор — эндоскоп, который снабжён оптическими и осветительными приборами, позволяющими осматривать полость пищеварительного канала и даже протоки желёз).

ДЫХАНИЕ

Дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих поступление кислорода, использование его в окислении органических веществ и удаление углекислого газа и некоторых других веществ.
Человек дышит, поглощая из атмосферного воздуха кислород и выделяя в него углекислый газ. Каждой клетке для жизнедеятельности нужна энергия. Источник этой энергии — распад и окисление органических веществ, входящих в состав клетки. Белки, жиры, углеводы, вступая в химические реакции с кислородом, окисляются («сгорают»). При этом происходит распад молекул и освобождается заключенная в них внутренняя энергия. Без кислорода невозможны обменные превращения веществ в организме.
Запасов кислорода в организме человека и животных нет. Его непрерывное поступление в организм обеспечивает система органов дыхания. Накопление значительного количества углекислого газа в результате обмена веществ вредно для организма. Удаление из организма СО₂ также осуществляется органами дыхания.
Функция дыхательной системы — снабжение крови достаточным количеством кислорода и удаление из неё углекислого газа.
Различают три этапа дыхания: внешнее (лёгочное) дыхание — обмен газов в лёгких между организмом и средой; транспорт газов кровью от лёгких к тканям организма; тканевое дыхание — газообмен в тканях и биологическое окисление в митохондриях.

Внешнее дыхание

Внешнее дыхание обеспечивается системой органов дыхания (рис. 12.10), которая состоит из лёгких (где совершается газообмен между вдыхаемым воздухом и кровью) и дыхательных (воздухоносных) путей (по которым проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух).
Воздухоносные (дыхательные) пути включают носовую полость, носоглотку, гортань, трахею и бронхи. Дыхательные пути делятся на верхние (носовая полость, носоглотка, гортань) и нижние (трахея и бронхи). Они имеют твёрдый скелет, представленный костями и хрящами, а изнутри выстланы слизистой оболочкой, снабжённой мерцательным эпителием. Функции дыхательных путей: обогрев и увлажнение воздуха, защита от инфекций и пыли.

Полость носа поделена перегородкой на две половины. Она сообщается с наружной средой при помощи ноздрей, а сзади — с глоткой посредством хоан. Слизистая оболочка носовой полости имеет большое количество кровеносных сосудов. Проходящая по ним кровь согревает воздух. Железы слизистой выделяют слизь, увлажняющую стенки носовой полости и снижающую жизнедеятельность бактерий. На поверхности слизистой находятся лейкоциты, уничтожающие большое количество бактерий. Мерцательный эпителий слизистой задерживает и выводит наружу пыль. При раздражении ресничек носовых полостей возникает рефлекс чихания. Таким образом, в носовой полости воздух согревается, обеззараживается, увлажняется и очищается от пыли. В слизистой оболочке верхней части носовой полости имеются чувствительные обонятельные клетки, образующие орган обоняния. Из носовой полости воздух поступает в носоглотку, а оттуда в гортань.
Гортань образована несколькими хрящами: щитовидный хрящ (защищает гортань спереди), хрящевой надгортанник (защищает дыхательные пути при проглатывании пищи). Гортань состоит из двух полостей, которые сообщаются через узкую голосовую щель. Края голосовой щели образованы голосовыми связками. При выдыхании воздуха через сомкнутые голосовые связки происходит их вибрация, сопровождающаяся возникновением звука. Окончательное формирование звуков речи происходит при помощи языка, мягкого нёба и губ. При раздражении ресничек гортани возникает рефлекс кашля. Из гортани воздух поступает в трахею.
Трахея образована 16–20 неполными хрящевыми кольцами, не позволяющими ей спадаться, а задняя стенка трахеи мягкая и содержит гладкие мышцы. Благодаря этому пища свободно проходит по пищеводу, который лежит позади трахеи.
В нижней части трахея делится на два главных бронха (правый и левый), которые проникают в лёгкие. В лёгких главные бронхи многократно ветвятся на бронхи 1-го, 2-го и т. д. порядков, образуя бронхиальное дерево. Бронхи 8-го порядка называют дольковыми. Они разветвляются на концевые бронхиолы, а те — на дыхательные бронхиолы, которые образуют альвеолярные мешочки, состоящие из альвеол. Альвеолы — лёгочные пузырьки, имеющие форму полушария диаметром 0,2–0,3 мм. Их стенки состоят из однослойного эпителия и покрыты сетью капилляров. Через стенки альвеол и капилляров происходит обмен газами: из воздуха в кровь переходит кислород, а из крови в альвеолы поступает СО₂ и пары воды.
Лёгкие — крупные парные органы конусообразной формы, расположенные в грудной клетке. Правое лёгкое состоит из трёх долей, левое — из двух. В каждое лёгкое проходят главный бронх и лёгочная артерия, а выходят две лёгочные вены. Снаружи лёгкие покрыты лёгочной плеврой. Щель между оболочкой грудной полости и плеврой (плевральная полость) заполнена плевральной жидкостью, которая уменьшает трение лёгких о стенки грудной клетки. Давление в плевральной полости меньше атмосферного на 9 мм рт. ст. и составляет около 751 мм рт. ст.
Дыхательные движения. В лёгких нет мышечной ткани, и поэтому они не могут активно сокращаться. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит дыхательным мышцам: межрёберным мышцам и диафрагме. При их сокращении объём грудной клетки увеличивается и лёгкие растягиваются. При расслаблении дыхательных мышц рёбра опускаются до исходного уровня, купол диафрагмы приподнимается, объём грудной клетки, а следовательно, и лёгких уменьшается, и воздух выходит наружу. Человек делает в среднем 15–17 дыхательных движений в минуту. При мышечной работе дыхание учащается в 2–3 раза.
Жизненная ёмкость лёгких. В состоянии покоя человек вдыхает и выдыхает около 500 см³ воздуха (дыхательный объём). При глубоком вдохе человек может вдохнуть ещё около 1500 см³ воздуха (дополнительный объём). После выдоха он способен выдохнуть ещё около 1500 см³ (резервный объем). Эти три величины в сумме составляют жизненную ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — это наибольшее количество воздуха, которое может человек выдохнуть после глубокого вдоха. Измеряют ЖЕЛ с помощью спирометра. Она является показателем подвижности лёгких и грудной клетки и зависит от пола, возраста, размеров тела и мышечной силы. У детей 6 лет ЖЕЛ равна 1200 см³; у взрослых — в среднем 3500 см³; у спортсменов она больше: у футболистов — 4200 см³, у гимнастов — 4300 см³, у пловцов — 4900 см³. Объём воздуха в лёгких превышает ЖЕЛ. Даже при самом глубоком выдохе в них остаётся около 1000 см3 остаточного воздуха, поэтому лёгкие полностью не спадаются.
Регуляция дыхания. В продолговатом мозге расположен дыхательный центр. Одна часть его клеток связана с вдохом, другая — с выдохом. Импульсы передаются из дыхательного центра по двигательным нейронам к дыхательным мышцам и диафрагме, вызывая чередование вдоха и выдоха. Вдох рефлекторно вызывает выдох, выдох рефлекторно вызывает вдох. На дыхательный центр оказывает влияние кора головного мозга: человек может на время задержать дыхание, изменить частоту и глубину его.
Накопление СО₂ в крови вызывает возбуждение дыхательного центра, что обусловливает учащение и углубление дыхания. Так осуществляется гуморальная регуляция дыхания.
Искусственное дыхание делают при остановке дыхания у утопленников, при поражении электрическим током, отравлении угарным газом и проч. Производят дыхание изо рта в рот или изо рта в нос. В выдыхаемом воздухе содержится 16–17 % кислорода, что достаточно для обеспечения газообмена, а высокое содержание в выдыхаемом воздухе СО₂ (3–4 %) способствует гуморальной стимуляции дыхательного центра пострадавшего.

Транспорт газов

Кислород транспортируется к тканям в основном в составе оксигемоглобина (НbO₂). Небольшое количество СO₂ транспортируется от тканей к лёгким в составе карбгемоглобина (НbСO₂). Основная часть углекислого газа соединяется с водой, образуя углекислоту. Угольная кислота в тканевых капиллярах реагирует с ионами К⁺ и Na⁺, превращаясь в бикарбонаты. В составе бикарбонатов калия в эритроцитах (меньшая часть) и бикарбонатов натрия в плазме крови (большая часть) углекислый газ переносится от тканей к лёгким.

Газообмен в лёгких и тканях

Человек дышит атмосферным воздухом с большим содержанием кислорода (20,9 %) и низким содержанием углекислого газа (0,03%), а выдыхает воздух в котором О₂ – 16,3 %, а СО₂ – 4 %. Азот и инертные газы, входящие в состав воздуха, в дыхании не участвуют, и их содержание во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе практически одинаково.
В лёгких кислород вдыхаемого воздуха через стенки альвеол и капилляров переходит в кровь, а СО2 из крови поступает в альвеолы лёгких. Движение газов происходит по законам диффузии, согласно которым газ проникает из среды, где его содержится больше, в среду с меньшим содержанием его. Газообмен в тканях также совершается по законам диффузии.
Гигиена дыхания. Для укрепления и развития органов дыхания важны правильное дыхание (вдох короче выдоха), дыхание через нос, развитие грудной клетки (чем она шире, тем лучше), борьба с вредными привычками (курение), чистый воздух.
Важной задачей является охрана воздушной среды от загрязнений. Одним из мероприятий по охране является озеленение городов и посёлков, так как растения обогащают воздух кислородом и очищают его от пыли и вредных примесей.

Иммунитет

Иммунитет — способ защиты организма от генетически чужеродных веществ и инфекционных агентов. Защитные реакции организма обеспечиваются клетками — фагоцитами, а также белками — антителами. Антитела вырабатывают клетки, которые образуются из В-лимфоцитов. Антитела формируются в ответ на появление в организме чужеродных белков — антигенов. Антитела связываются с антигенами, обезвреживая их патогенные свойства.
Различают несколько видов иммунитета.
Естественный врождённый (пассивный) — обусловлен передачей уже готовых антител от матери к ребёнку через плаценту или при кормлении молоком.
Естественный приобретённый (активный) — обусловлен выработкой собственных антител в результате контакта с антигенами (после болезни).
Приобретённый пассивный — создается введением в организм готовых антител (лечебной сыворотки). Лечебная сыворотка — препарат антител из крови специально ранее заражённого животного (обычно лошади). Сыворотку вводят уже заражённому инфекцией (антигенами) человеку. Введение лечебной сыворотки помогает организму бороться с инфекцией, пока в нём не выработаются собственные антитела. Такой иммунитет сохраняется недолго — 4–6 недель.
Приобретённый активный — создается введением в организм вакцины (антигена, представленного ослабленными или убитыми микроорганизмами или их токсинами), в результате чего происходит выработка в организме соответствующих антител. Такой иммунитет сохраняется долго.

КРОВООБРАЩЕНИЕ

Кровообращение — циркуляция крови в организме. Кровь может выполнять свои функции, только циркулируя в организме.
Система органов кровообращения: сердце (центральный орган кровообращения) и кровеносные сосуды (артерии, вены, капилляры).

Строение сердца

Сердце — полый четырёхкамерный мышечный орган (рис. 12.12). Величина сердца приблизительно соответствует размеру кулака. Масса сердца в среднем 300 г.

Наружная оболочка сердца — перикард. Он состоит из двух листков: один образует околосердечную сумку, другой — наружную оболочку сердца — эпикард. Между околосердечной сумкой и эпикардом имеется полость, наполненная жидкостью для уменьшения трения при сокращении сердца. Средняя оболочка сердца — миокард. Он состоит из поперечно-полосатой мышечной ткани особого строения. Сердечная мышца образована поперечно-полосатой мышечной тканью особого строения (сердечная мышечная ткань). В ней соседние мышечные волокна связаны между собой цитоплазматическими мостиками. Межклеточные соединения не препятствуют проведению возбуждения, благодаря чему сердечная мышца способна быстро сокращаться. В нервных клетках и скелетных мышцах каждая клетка возбуждается изолированно. Внутренняя оболочка сердца — эндокард. Он выстилает полость сердца и образует створки — клапаны.
Сердце человека состоит из четырёх камер: 2 предсердий (левое и правое) и 2 желудочков (левый и правый). Мышечная стенка желудочков (особенно левого) толще стенки предсердий. В правой половине сердца течёт венозная кровь, в левой — артериальная.
Между предсердиями и желудочками имеются створчатые клапаны (между левыми — двустворчатый, между правыми — трёхстворчатый). Между левым желудочком и аортой и между правым желудочком и лёгочной артерией имеются полулунные клапаны (состоят из трёх листков, напоминающих кармашки). Клапаны сердца обеспечивают движение крови только в одном направлении: из предсердий в желудочки, а из желудочков в артерии.
Сердечная мышца обладает свойством автоматии. Автоматизм сердца — его способность ритмически сокращаться без внешних раздражений под влиянием импульсов, возникающих в нём самом. Автоматическое сокращение сердца продолжается и при его изоляции из организма.

Работа сердца

Функция сердца заключается в перекачке крови из вен в артерии. Сердце сокращается ритмично: сокращения чередуются с расслаблениями. Сокращение отделов сердца называется систолой, а расслабление — диастолой. Сердечный цикл — период, охватывающий одно сокращение и одно расслабление. Он продолжается 0,8 с и состоит из трёх фаз: I фаза — сокращение (систола) предсердий — длится 0,1 с; II фаза — сокращение (систола) желудочков — длится 0,3 с; III фаза — общая пауза — и предсердия, и желудочки расслаблены — длится 0,4 с.
В состоянии покоя частота сердечных сокращений взрослого человека составляет 60–80 раз в 1 мин, у спортсменов 40–50, у новорождённых 140. При физической нагрузке сердце сокращается чаще, при этом продолжительность общей паузы уменьшается. Количество крови, выбрасываемое сердцем за одно сокращение (систолу), называется систолический объём крови. Он составляет 120–160 мл (60–80 мл для каждого желудочка). Количество крови, выбрасываемое сердцем за одну минуту, называется минутный объём крови. Он составляет 4,5–5,5 л.
Электрокардиограмма (ЭКГ) — запись биоэлектрических сигналов от кожи рук и ног и от поверхности грудной клетки. ЭКГ отражает состояние мышцы сердца.
При работе сердца возникают звуки, называемые тонами сердца. При некоторых заболеваниях характер тонов изменяется и появляются шумы.

Сосуды

Стенки артерий и вен состоят из трёх слоёв (рис. 12.13): внутренний (тонкий слой эпителиальных клеток), средний (толстый слой эластичных волокон и клеток гладкой мышечной ткани) и наружный (рыхлая соединительная ткань и нервные волокна). Капилляры состоят из одного слоя эпителиальных клеток.

Артерии — сосуды, по которым кровь течёт от сердца к органам и тканям. Стенки состоят из трёх слоёв. Различают следующие типы артерий: артерии эластического типа (ближайшие к сердцу крупные сосуды), артерии мышечного типа (средние и мелкие артерии, которые оказывают сопротивление кровотоку и тем самым регулируют приток крови к органу) и артериолы (последние разветвления артерии, переходящие в капилляры).
Капилляры — тонкие сосуды, в которых происходит обмен жидкостями, питательными веществами и газами между кровью и тканями. Их стенка состоит из одного слоя эпителиальных клеток. Длина всех капилляров тела человека — около 100 000 км. В местах перехода артерий в капилляры имеются скопления мышечных клеток, которые регулируют просвет сосудов. В состоянии покоя у человека открыто 20–30 % капилляров.
Движение жидкости через капиллярную стенку происходит в результате разности гидростатического давления крови и гидростатического давления окружающей ткани, а также под действием разности осмотического давления крови и межклеточной жидкости. В артериальном конце капилляра растворённые в крови вещества фильтруются в тканевую жидкость. В венозном его конце давление крови уменьшается, осмотическое давление белков плазмы способствует поступлению жидкости и продуктов метаболизма обратно в капилляры.
Вены — сосуды, по которым кровь течёт от органов к сердцу. Стенки их (как и у артерий) состоят из трёх слоёв, но они тоньше и беднее эластическими волокнами. Поэтому вены менее упруги. Большинство вен снабжено клапанами, которые препятствуют обратному току крови.