Физиология человека [Антонина Георгиевна Хрипкова] (fb2) читать онлайн

Физиология человека

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ФАКУЛЬТАТИВНОМУ КУРСУ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ IX-X КЛАССОВ

А. Г. ХРИПКОВА, Д. В. КОЛЕСОВ, В. С. МИРОНОВ, И. Н. ШЕПИЛО

Рекомендовано Министерством просвещения РСФСР

Введение

Факультативный курс "Физиология человека" учащиеся изучают в IX классе после того, как они достаточно прочно усвоят основные положения анатомии, физиологии и гигиены человека. Это дает возможность углубить знания учащихся, расширить их общебиологический кругозор, познакомить с современными методами научного исследования, применяющимися при изучении физиологии человека и животных, а также вооружить их некоторыми лабораторными навыками.

Как и другие факультативные курсы, этот курс призван развить у учащихся интерес к биологическим наукам и определенным видам практической деятельности (медицина и др.).

Курс рассчитан на 70 ч. Рекомендуется проводить одно двухчасовое занятие в неделю.

Наряду с углубленным изучением теоретического материала значительное место здесь отводится постановке практических работ разной сложности. Желательно, чтобы это были не демонстрации, а самостоятельные лабораторные работы учащихся под руководством учителя.

Учитывая наличие соответствующего оборудования, подготовку учащихся и степень усвоения ими материала курса, учитель может в значительной степени варьировать постановку опытов.

При изучении курса рекомендуется широко использовать учебные кинофильмы по физиологии человека, экскурсии на кафедры физиологии педагогических и медицинских институтов, в научные и медицинские учреждения.

Глава I. Регуляция функций организма

1. Организм как целое

Организм человека представляет собой сложную систему, состоящую из огромного количества органов, связанных друг с другом в единое целое. Благодаря наличию такой связи изменение функции одного органа вызывает изменение деятельности всего организма. Потому и на многочисленные раздражители внешней или внутренней среды организм реагирует как единое образование. Вместе с тем человек и окружающая его среда находятся в постоянной взаимосвязи, и нарушение этой связи может отразиться на нормальной жизнедеятельности организма.

Содружественную работу отдельных органов вначале называли корреляцией. Однако вскоре было введено другое, более точное понятие — регуляция. Понятие "корреляция" предполагает наличие связи между органами и изменение состояния разных органов при изменении деятельности одного органа. Это, разумеется, правильно, но этого недостаточно.

Есть органы исполнительные и органы регулирующие. Например, сердце, легкие и другие внутренние органы, а также мышцы — это исполнительные органы. Они выполняют определенные функции и хотя могут влиять друг на друга, но в их деятельности главное не это. А вот функция нервной системы, желез внутренней секреции заключается в том, что они обеспечивают связь между органами. При этом необходимо иметь в виду, что это не просто связь, а регуляция: нервная система и железы внутренней секреции активно воздействуют на исполнительные органы, обеспечивая их слаженную работу.

В обычных условиях органы работают не на полную мощность, но в случае необходимости они могут работать более интенсивно, за счет так называемого функционального резерва.

В наличии функционального резерва легко убедиться на примере работы сердца. В спокойном состоянии оно бьется с частотой 70 — 80 ударов в 1 мин (у маленьких детей — чаще, у взрослых людей — реже). Предположим, что вы вовремя вышли из дома и у вас достаточно времени для того, чтобы не опоздать. Вы спокойно входите в класс, сердце бьется в обычном ритме. Но представьте себе, что вы опаздываете. Вы бежите изо всех сил и вбегаете в класс непосредственно перед звонком. Посчитайте пульс — теперь он окажется намного чаще, чем обычно (при быстром беге пульс достигает 120-130 ударов в 1 мин).

Как это происходит? Для быстрого бега мышцам требуется больше кислорода и питательных веществ, а они могут поступать в нужном количестве лишь при ускорении кровообращения. Ускорение кровообращения наступает при учащении работы сердца. Значит, в спокойной обстановке сердце работает не на полную мощность. Разница между мощностью, которую сердце развивает в обычных условиях, и максимально возможной для него мощностью и есть функциональный резерв сердца.

Более интенсивную работу сердца стимулировала нервная система. В этом легко убедиться, если вспомнить, что сердце начало сокращаться чаще не в тот момент, когда вы побежали, а несколько раньше — уже при мысли о том, что вы опаздываете.

Выше мы употребили слово "функция". Как вам уже известно, этим словом обозначают род деятельности, выполняемой органом или клеткой в организме, и одновременно особенности их деятельности. Например, функция сердца — перекачивать кровь по кровеносным сосудам; работает же сердце (выполняет свою функцию) отдельными циклами: сначала оно расслабляется и заполняется притекающей кровью, а затем сокращается и проталкивает кровь по сосудам. Особенностью деятельности сердца является также и то, что оно работает то быстрее, то медленнее, в зависимости от потребностей организма.

Единство организма как целого, поддержание постоянства внутренней среды, приспособление организма к различным изменениям внешней среды осуществляются с помощью регулирующих механизмов. Регуляция функций организма осуществляется нервной системой (нервная регуляция) и при помощи химических веществ, поступающих в кровь и лимфу (гуморальная регуляция).

2. Гуморальная регуляция функций организма

Значение гуморальной регуляции

Гуморальная регуляция — наиболее древняя форма регуляции. Химические вещества, образующиеся в организме в процессе его жизнедеятельности, поступают в кровь и тканевую жидкость. Переносясь жидкостями организма, химические вещества действуют на деятельность его органов, обеспечивают их взаимодействие.

Эндокринные железы

Каждая клетка в процессе обмена веществ образует и отдает в окружающую ее тканевую жидкость определенные вещества, многие из которых обладают биологической активностью. Так, в каждой клетке образуется углекислый газ, который стимулирует дыхательные движения.

Известно, что в процессе эволюции образовалась особая система органов, специализировавшихся на выработке очень активных химических веществ, регулирующих жизненные процессы. Это железы внутренней секреции. Эти железы не имеют выводных протоков и выделяют образующиеся в них секреты прямо в кровь, за что их называют еще эндокринными железами (от греч. endon -внутри, krinein- выделять) (рис. 1).

Рис. 1. Расположение желез внутренней секреции в теле человека (схема): 1 — шишковидная железа, или эпифиз; 2 — гипофиз; 3 — щитовидная железа; 4 — паращитовидные железы; 5 — вилочковая железа; 6 — поджелудочная железа; 7 — надпочечники; 8 — яичник (у девочки); 9 — семенник (у мальчика)

Эндокринные железы человека невелики по размерам, имеют очень маленькую массу (от долей грамма до нескольких граммов). Они обильно снабжены кровеносными сосудами. Кровь приносит к ним необходимый "строительный материал" и уносит химически активные секреты.

К эндокринным железам подходит разветвленная сеть нервных волокон, их деятельность регулирует центральная нервная система.

Вырабатываемые железами внутренней секреции вещества называются гормонами.

Гормоны

Гормоны обладают высокой биологической активностью. Так, 1 г адреналина (гормон надпочечников) усиливает работу 100 000 000 изолированных сердец лягушки. Другой особенностью гормонов является специфичность их действия — каждый гормон определенным образом действует на определенные органы, ткани и клетки, на протекающие в них физиологические процессы.

Опыт 1

Пронаблюдайте влияние адреналина и питуитрина на меланофоры (пигментные клетки) лягушки. Для работы нужен раствор адреналина и раствор питуитрина (один из гормонов гипофиза). Их можно приобрести в аптеке.

За 6 ч до опыта несколько лягушек поместите в стеклянную банку, обернутую белой бумагой. Под дно банки также подложите белую бумагу. На рассеянном свету лягушки светлеют. Забинтуйте лягушку влажным марлевым бинтом, чтобы она не двигалась, но одну заднюю лапку оставьте свободной. Укрепите лягушку на дощечке булавками и растяните над отверстием в дощечке плавательную перепонку задней лапки лягушки. Дощечку с лягушкой поместите под микроскоп так, чтобы под объективом была растянутая над отверстием плавательная перепонка. Убедитесь, что посветление лягушек связано с сокращением отростков пигментных клеток. Пигментные клетки под микроскопом имеют вид черных точек.

Теперь двум лягушкам введите под кожу брюшка при помощи шприца по 0,5 мл раствора питуитрина. Примерно через полчаса лягушки потемнеют. Рассмотрите под микроскопом плавательную перепонку задних лапок этих лягушек. Вы заметите, что отростки пигментных клеток теперь хорошо видны.

Двум другим лягушкам введите под кожу брюшка по 1-2 мл раствора адреналина. Для этого надо взять другой шприц или если имеется только один шприц, то после введения питуитрина его надо тщательно промыть. Через 20 мин под микроскопом пронаблюдайте пигментные клетки в плавательной перепонке задних лапок этих лягушек. Как влияет адреналин на пигментные клетки лягушки? Объясните механизм этих влияний.

Гормоны состоят из молекул сравнительно небольшого размера. Это обеспечивает их проникновение через стенки капилляров из кровяного русла в ткани.

Гормоны сравнительно быстро разрушаются в тканях, поэтому для обеспечения длительного действия необходимо их постоянное выделение в кровь.

Гормоны обладают относительной специфичностью, что имеет важное практическое значение, так как позволяет недостаток того или иного гормона в организме человека компенсировать введением гормональных препаратов, получаемых из соответствующих желез животных.

Гормоны оказывают влияние на процессы обмена веществ. Известно, что все химические превращения в организме, процессы синтеза и распада веществ протекают при участии ферментов — биологических катализаторов. Действие гормонов на обмен веществ осуществляется через ферментные системы. Гормоны могут стимулировать синтез ферментов, активизировать одни ферментные системы и блокировать другие.

Все гормоны так или иначе влияют на обмен веществ. Но некоторые гормоны имеют специфическое действие. Гормон поджелудочной железы инсулин и гормон надпочечников адреналин регулируют углеводный обмен. Гормон паращитовидных желез регулирует обмен кальция и фосфора в организме. Гормоны оказывают влияние на рост и развитие организма, на процессы полового созревания, участвуют в регуляции деятельности организма.

В настоящее время функции желез внутренней секреции изучены достаточно полно. Удалось не только выделить в чистом виде многие гормоны, но даже некоторые гормоны получить синтетическим путем.

3. Нервная регуляция функций организма

Значение нервной регуляции

Главная роль в регуляции функций организма и обеспечении его целостности принадлежит нервной системе. Этот механизм регуляции является более совершенным. Во-первых, нервные влияния передаются значительно быстрее, чем химические воздействия, и потому организм через нервную систему осуществляет быстрые ответные реакции на действие раздражителей. В связи со значительной скоростью проведения нервных импульсов взаимодействие между частями организма устанавливается быстро в соответствии с потребностями организма.

Во-вторых, нервные импульсы приходят к определенным органам, и потому ответные реакции, осуществляемые через нервную систему, не только более быстрые, но и более точные, чем при гуморальной регуляции функций.

Рефлекс — основная форма нервной деятельности

Вся деятельность нервной системы осуществляется рефлекторным путем. С помощью рефлексов осуществляется взаимодействие различных систем целого организма и его приспособление к меняющимся условиям среды.

При повышении кровяного давления в аорте рефлекторно меняется деятельность сердца. В ответ на температурные воздействия внешней среды у человека суживаются или расширяются кровеносные сосуды кожи, под влиянием различных раздражителей рефлекторно меняется сердечная деятельность, интенсивность дыхания и т. д.

Благодаря рефлекторной деятельности организм быстро реагирует на различные воздействия внутренней и внешней среды.

Раздражения воспринимаются особыми нервными образованиями — рецепторами. Существуют различные рецепторы: одни из них раздражаются при изменении температуры окружающей среды, другие — при прикосновении, третьи — при болевом раздражении и т. п. Благодаря рецепторам центральная нервная система получает информацию обо всех изменениях окружающей среды, а также об изменениях внутри организма.

При раздражении рецептора в нем возникает нервный импульс, который распространяется по центростремительному нервному волокну и достигает центральной нервной системы. О характере раздражения центральная нервная система "узнает" по силе и частоте нервных импульсов. В центральной нервной системе происходит сложный процесс переработки поступивших нервных импульсов, и уже по центробежным нервным волокнам импульсы от центральной нервной системы направляются к исполнительному органу (эффектору).

Для осуществления рефлекторного акта необходима целостность рефлекторной дуги (рис. 2).

Рис. 2. Схема простейшей рефлекторной дуги спинномозгового рефлекса

Опыт 2

Обездвижьте лягушку. Для этого заверните лягушку в марлевую или полотняную салфетку, оставив открытой лишь, голову. Задние лапки при этом должны быть вытянуты, а передние плотно прижаты к туловищу. Введите тупое лезвие ножниц в рот лягушки и отсеките верхнюю челюсть с черепной коробкой. Спинной мозг не разрушайте. Лягушку, у которой сохранен только спинной мозг, а вышележащие отделы центральной нервной системы удалены, называют спинальной. Укрепите лягушку в штативе, зажав зажимом нижнюю челюсть либо приколов булавками нижнюю челюсть к пробке, укрепленной в штативе. Оставьте лягушку висеть несколько минут. О восстановлении рефлекторной деятельности после удаления головного мозга судите по появлению ответной реакции на щипок. Лягушку во избежание подсыхания кожи периодически опускайте в стакан с водой. Налейте в маленький стаканчик 0,5-процентный раствор соляной кислоты, опустите в него заднюю лапку лягушки и наблюдайте рефлекторное отдергивание лапки. Смойте кислоту водой. На задней лапке, на середине голени, сделайте кольцевой разрез кожи и хирургическим пинцетом снимите ее с нижней части лапки, проследив за тем, чтобы кожа была тщательно снята со всех пальцев. Опустите лапку в раствор кислоты. Почему теперь лягушка не отдергивает конечность? В этот же раствор кислоты опустите другую лапку лягушки, с которой кожа не снята. Как реагирует лягушка теперь?

Разрушьте спинной мозг лягушки, введя в позвоночный канал препаровальную иглу. Опустите лапку, на которой сохранена кожа" в раствор кислоты. Почему теперь лягушка не отдергивает лапку?

Нервные импульсы при любом рефлекторном акте, приходя в центральную нервную систему, способны распространяться по разным ее отделам, вовлекая в процесс возбуждения многие нейроны. Поэтому правильнее говорить, что структурную основу рефлекторных реакций составляют нейронные цепи из центростремительных, центральных и центробежных нейронов.

Принцип обратных связей

Между центральной нервной системой и исполнительными органами существуют как прямые, так и обратные связи. При действии раздражителя на рецепторы возникает двигательная реакция. В результате этой реакции в исполнительных органах (эффекторах) — мышцах, сухожилиях, суставных сумках — возбуждаются рецепторы, от которых нервные импульсы поступают в центральную нервную систему. Это вторичные центростремительные импульсы, или обратные связи. Эти импульсы постоянно сигнализируют нервным центрам о состоянии двигательного аппарата, и в ответ на эти сигналы из центральной нервной системы к мышцам поступают новые импульсы, включающие следующую фазу движения или изменяющие движение в соответствии с условиями деятельности.

Обратная связь очень важна в механизмах координации, которую осуществляет нервная система. У больных, у которых нарушена чувствительность мышц, движения, особенно ходьба, утрачивают плавность, становятся некоординированными.

Условные и безусловные рефлексы

Человек рождается с целым рядом готовых, врожденных рефлекторных реакций. Это безусловные рефлексы. К ним относятся акты глотания, сосания, чихания, жевания, слюноотделение, отделение желудочного сока, поддержание температуры тела и др. Количество врожденных безусловных рефлексов ограничено, и они не могут обеспечить приспособление организма к постоянно меняющимся условиям среды.

На базе врожденных безусловных реакций в процессе индивидуальной жизни формируются условные рефлексы. Эти рефлексы у высших животных и человека весьма многочисленны и играют огромную роль в приспособлении организмов к условиям существования. Условные рефлексы имеют сигнальное значение. Благодаря условным рефлексам организм заранее как бы предупреждается о приближении чего-то значимого. По запаху гари человек и животное узнают о приближающейся беде, пожаре; животные по запаху, звукам отыскивают добычу или, напротив, спасаются от нападения хищников. На основе многочисленных условных связей, образовавшихся в течение индивидуальной жизни, человек приобретает жизненный опыт, помогающий ему ориентироваться в окружающей среде.

Для того чтобы яснее стало различие между безусловными и условными рефлексами, давайте совершим (мысленно) экскурсию в родильный дом.

В родильном доме есть три главных помещения: палата, где происходят роды, палата новорожденных и комната матерей. После того как ребенок родился, его приносят в палату новорожденных и дают немного отдохнуть (обычно 6-12 ч), а затем везут к матери — кормить. И только мать приложит ребенка к груди, как он хватает ее ртом и начинает сосать. Никто ребенка этому не учил. Сосание — пример безусловного рефлекса.

А вот пример условного рефлекса. Сначала, как только новорожденный проголодается, он начинает кричать. Однако через два-три дня в палате новорожденных наблюдается такая картина: подходит время кормления, и дети один за другим начинают просыпаться и плакать. Медицинская сестра по очереди берет их и пеленает, при необходимости подмывает, а затем укладывает на специальную каталку, чтобы везти к матерям. Очень интересно поведение детей: как только их перепеленали, уложили на каталку и вывезли в коридор, все они, как по команде, замолкают. Выработался условный рефлекс на время кормления, на обстановку перед кормлением.

Для выработки условного рефлекса необходимо подкрепление условного раздражителя безусловным рефлексом и их повторение. Стоило 5-6 раз совпасть пеленанию, подмыванию и укладыванию на каталку с последующим кормлением, которое здесь играет роль безусловного рефлекса, как выработался условный рефлекс: перестать кричать, несмотря на все возрастающий голод, ждать несколько минут, пока кормление начнется. Кстати, если вывезти детей в коридор и запоздать с кормлением, то через несколько минут они начинают кричать.

Рефлексы бывают простые и сложные. Все они находятся во взаимной связи и образуют систему рефлексов.

Опыт 3

Выработайте условный мигательный рефлекс у человека. Известно, что при попадании струи воздуха в глаз человек закрывает его. Это защитная, безусловнорефлекторная реакция. Если теперь несколько раз сочетать вдувание воздуха в глаз с каким-нибудь индифферентным раздражителем (стуком метронома, например), то этот индифферентный раздражитель станет сигналом поступления струи воздуха в глаз.

Для вдувания воздуха в глаз возьмите резиновую трубочку, соединенную с грушей для нагнетания воздуха. Рядом поставьте метроном. Метроном, грушу и руки экспериментатора закройте от испытуемого экраном. Включите метроном и через 3 сек нажмите на грушу, вдувая струю воздуха в глаз. Метроном при вдувании воздуха в глаз должен продолжать работу. Выключите метроном, как только наступит мигательная рефлекторная реакция. Через 5-7 мин повторите сочетание звука метронома с вдуванием воздуха в глаз. Опыт продолжайте до тех пор, пока мигание не будет наступать только при звуке метронома, без вдувания воздуха. Вместо метронома можно воспользоваться звонком, колокольчиком и т. п.

Сколько понадобилось сочетаний условного раздражителя с безусловным, чтобы образовался условный мигательный рефлекс?

4. Нейро-гуморальная регуляция функций организма

В целом организме нервный и гуморальный механизмы регуляции действуют совместно. Оба механизма регуляции взаимосвязаны. Химические регуляторы, образующиеся в организме, влияют и на нервные клетки, изменяя их состояние. Влияют на состояние нервной системы и образующиеся в железах внутренней секреции гормоны. Но функциями эндокринных желез управляет нервная система. Ей в организме принадлежит ведущая роль в регуляции всей деятельности. Гуморальные факторы — звено в нейро-гуморальной регуляции. В качестве примера напомним регуляцию осмотического давления крови при жажде. Вследствие недостатка воды повышается осмотическое давление во внутренней среде организма. Это приводит к раздражению специальных рецепторов — осморецепторов. Возникшее возбуждение по нервным путям направляется в центральную нервную систему. Оттуда импульсы направляются к железе внутренней секреции — гипофизу — и стимулируют выделение в кровь антидиуретического гормона гипофиза. Этот гормон, попадая в кровь, приносится к извитым канальцам почек и усиливает обратное всасывание воды из первичной мочи в кровь. Таким образом уменьшается количество выводимой с мочой воды и восстанавливается нарушенное осмотическое давление в организме.

При избытке сахара в крови нервная система стимулирует функцию внутрисекреторной части поджелудочной железы. Теперь в кровь поступает больше гормона инсулина, и лишний сахар под его влиянием откладывается в печени и мышцах в виде гликогена. При усиленной мышечной работе, когда повышается потребление сахара и в крови его становится недостаточно, усиливается деятельность надпочечников. Гормон надпочечников адреналин способствует превращению гликогена в сахар. Так нервная система, воздействуя на железы внутренней секреции, стимулирует или тормозит отделение ими биологически активных веществ.

Влияния нервной системы осуществляются через секреторные нервы. Кроме того, нервы подходят к кровеносным сосудам эндокринных желез. Меняя просвет сосудов, они влияют на деятельность этих желез.

И наконец, в эндокринных железах располагаются чувствительные окончания центростремительных нервов, сигнализирующих в центральную нервную систему о состоянии эндокринной железы. Таким образом, нервная система оказывает влияние на состояние желез внутренней секреции. Состояние железы, выработка ею гормона в большой степени зависят от нервных влияний. В связи с этим многие эндокринные заболевания развиваются вследствие поражения нервной системы (сахарный диабет, базедова болезнь, расстройство функции половых желез). Например, описан случай тяжелого заболевания щитовидной железы, развившегося у матери, потерявшей за одну ночь двух детей, умерших от дифтерии.

Не только нервная система оказывает влияние на состояние эндокринных желез, но и гормоны действуют на нервную систему. Большое влияние они оказывают на деятельность коры больших полушарий головного мозга. Издавна было известно, что кастрация, т. е. удаление половых желез у домашних животных, делает их выносливыми и спокойными (например, вол в сравнении с быком).

Если повышается функция щитовидной железы (базедова болезнь), человек становится очень раздражительным, эмоциональным. Наоборот, при понижении функции щитовидной железы (микседема) человек становится вялым, пассивным, эмоции у него снижены. Если функция щитовидной железы понижена с раннего детства, то у ребенка отстает физическое и умственное развитие (кретинизм). У животных с удаленной щитовидной железой труднее образуются условные рефлексы.

Тесная связь деятельности желез внутренней секреции и центральной нервной системы подтверждается и особенностями строения эндокринной системы. В промежуточном отделе головного мозга имеется образование — гипоталамус, который является одновременно и нервным центром, и своеобразной железой внутренней секреции. Он образован нервными клетками, но не совсем обычными: они способны вырабатывать особые вещества, которые поступают в кровь, притекающую от гипоталамуса к гипофизу. Активные вещества гипоталамуса побуждают гипофиз вырабатывать другие гормоны; к ним относится гормон роста, тиреотропный гормон (он активизирует работу щитовидной железы), гонадотропные гормоны (они активизируют работу половых желез) и др. Под влиянием гормонов гипофиза другие эндокринные железы вырабатывают свои гормоны, которые действуют на различные органы, ткани и клетки организма.

Между гипоталамусом, гипофизом и периферическими эндокринными железами существует прямая и обратная связь. Например, гипофиз вырабатывает тиреотропный гормон, который стимулирует деятельность щитовидной железы. Под влиянием тиреотропного гормона гипофиза щитовидная железа вырабатывает свой гормон — тироксин, который влияет на все органы и ткани организма. Тироксин влияет и на сам гипофиз, как бы информируя его о результатах его деятельности: чем больше гипофиз выделяет тиреотропного гормона, тем больше щитовидная железа выделяет тироксина. Но если тиреотропный гормон гипофиза стимулирует работу щитовидной железы (это прямая связь), то, напротив, тироксин тормозит деятельность гипофиза, уменьшая выработку тиреотропного гормона (это обратная связь). Механизм прямой и обратной связи имеет очень важное значение в деятельности эндокринной системы, так как благодаря ему работа всех желез внутренней секреции не выходит за границы физиологической нормы.

На рисунке 3 представлена схема нейро-эндокринной регуляции деятельности организма.

Изучение функциональных отношений между разными железами внутренней секреции показало, что почти все они влияют Друг на друга, тесно взаимодействуя.

Регуляция функций организма — процесс сложный, осуществляющийся нейро-гуморальным путем. При этом нервные факторы регуляции взаимодействуют с гуморальными. Даже передача возбуждения с одного нейрона на другой или на исполнительные органы (мышцы, железы), как показали исследования, осуществляется при участии химических посредников — медиаторов. Самым распространенным передатчиком (медиатором) возбуждения является ацетилхолин. Нервная клетка сама вырабатывает ацетилхолин, затрачивая значительное количество энергии. Ацетилхолин накапливается в окончаниях нервных клеток в виде мелких пузырьков. Когда возбуждение достигает окончаний отростков нервной клетки, ацетилхолин проходит через мембрану клетки и способствует передаче возбуждения другой клетке.

Рис. 3. Нейро-эндокринная регуляция функций организма (схема)

Кроме ацетилхолина, обнаружены и другие передатчики нервных импульсов. В окончаниях симпатических нервов обнаружены медиаторы адреналин и норадреналин.

Вопросы и задания к главе "Регуляция функций организма"

1. Чем отличаются гормоны от ферментов?

2. Какова роль гормонов в регуляции функций организма?

3. Какие вы знаете химические вещества, принимающие участие в регуляции функций организма?

4. Как нервная система поддерживает постоянство внутренней среды организма? Приведите примеры.

5. Приведите примеры условных рефлексов у человека.

6. Приведите примеры нейро-гуморальной регуляции функций в организме человека.

Глава II. Внутренняя среда организма

1. Постоянство внутренней среды организма. Гомеостаз

Понятие о внутренней среде организма

Любой организм — одноклеточный или многоклеточный — нуждается в определенных условиях существования. Эти условия обеспечивает организмам та среда, к которой они приспособились в ходе эволюционного развития.

Внутренней средой для клеток и органов человека служат кровь, лимфа и тканевая жидкость.

Если сильно порезать палец, то потечет кровь; если порез неглубокий и сосуды не повреждены, то вместо крови на разрезе иногда проступает несколько капелек прозрачной жидкости — это и есть тканевая жидкость. Тканевая жидкость постоянно омывает клетки и служит для них средой существования. Тканевая жидкость постоянно обновляется через систему лимфатических сосудов: тканевая жидкость собирается в эти сосуды (внутри лимфатических сосудов она называется лимфой), а затем по самому крупному лимфатическому сосуду попадает в общий кровоток, где смешивается с кровью.

Первые живые образования возникли в водах Мирового океана, и средой обитания для них служила морская вода. По мере усложнения живых организмов часть их клеток изолировалась от внешней среды. Так часть среды обитания оказалась внутри организма, что позволило многим организмам покинуть водную среду и начать жить на суше.

"Маленькое море", усложняясь, постепенно превратилось во внутреннюю среду животных. В связи с этим не должен вызывать удивления тот факт, что содержание солей в морской воде и во внутренней среде организма сходно.

Во внутренней среде организма, помимо солей, содержится очень много различных веществ — белки, сахар, жироподобные вещества, гормоны и т. д. Каждый орган постоянно выделяет во внутреннюю среду продукты своей деятельности и получает из нее необходимые для себя вещества. И, несмотря на такой активный обмен, состав внутренней среды остается практически неизменным.

Гомеостаз. Поддержание постоянства условий жизни во внутренней среде называют гомеостазом.

Отдельные клетки и группы клеток человеческого организма чрезвычайно чувствительны к изменению окружающей их среды. Что же касается целого организма, то границы изменений внешней среды, которые он может переносить, значительно шире, чем у отдельных клеток. Клетки человека нормально функционируют лишь при температуре 36-38° С. Повышение или снижение температуры за пределы этих границ приводит к нарушению функций клеток. Человек же, как известно, может нормально существовать при значительно более широких колебаниях температуры внешней среды.

В клетках поддерживается постоянное количество воды и минеральных веществ. Многие клетки почти мгновенно гибнут при помещении их в дистиллированную воду. Организм же как целое может переносить и водное голодание, и избыточное поступление воды и солей.

Отдельные клетки чрезвычайно чувствительны к незначительным изменениям концентрации ионов водорода. Целый организм способен поддерживать постоянную концентрацию водородных ионов, даже когда в тканевую жидкость поступает много кислых или щелочных продуктов обмена веществ.

Этих примеров достаточно, для того чтобы убедиться в наличии у организмов специальных приспособлений для обеспечения постоянства среды обитания их клеток.

Очень важной особенностью внутренней среды является то, что содержание веществ в ней не абсолютно одинаково, а изменяется в определенных пределах, т. е. для содержания каждого Вещества нормой является не одна какая-то цифра, а определенный диапазон показателей. Например, в справочнике можно прочитать: содержание ионов калия в крови здорового человека — 16-20 мг% (т. е. 16-20 мг в 100 мл).

Практически содержание любого вещества во внутренней среде никогда не является абсолютно одинаковым — оно постоянно колеблется, но в строго определенных пределах.

Диапазон показателей для разных веществ различен. Некоторые показатели поддерживаются особенно точно; они получили название констант. К числу констант относится, например, реакция крови (т. е. концентрация в ней водородных ионов — рН).

В организме на относительно постоянном уровне удерживаются такие показатели, как кровяное давление, температура тела, осмотическое давление крови и тканевой жидкости, содержание в них белков и сахара, ионов натрия, калия, кальция, хлора, водорода.

Постоянным остается не только состав внутренней среды, но и ее объем. Однако постоянство объема внутренней среды не абсолютно неизменно. Часть жидкости из внутренней среды выводится из организма через почки с мочой, через легкие с выдыхаемыми парами воды и в пищеварительный тракт с пищеварительными соками. Часть воды испаряется с поверхности тела в виде пота. Эти потери воды постоянно пополняются за счет всасывания воды из пищеварительного тракта. Происходит постоянное обновление воды при общем сохранении ее объема. В поддержании постоянства объема жидкости во внутренней среде принимают участие и клетки. Вода, находящаяся внутри клеток, составляет примерно 50% массы тела. Если по каким-либо причинам во внутренней среде уменьшается количество жидкости, то начинается движение воды из клеток в межклеточное пространство. Это способствует сохранению постоянства объема внутренней среды.

Постоянство внутренней среды — гомеостаз — поддерживается непрерывной работой органов и тканей.

Роль различных органов в поддержании гомеостаза

Роль разных органов в сохранении гомеостаза различна. Система органов пищеварения обеспечивает поступление в кровь питательных веществ в таком виде, в каком они могут быть усвоены клетками организма.

Органы кровообращения осуществляют непрерывное движение крови и доставляют кислород и питательные вещества клеткам, а продукты распада уносят от них. Органы дыхания обеспечивают поступление кислорода в кровь и удаление углекислого газа.

Через легкие, почки, кожу из организма удаляются конечные продукты обмена веществ и некоторые другие вещества.

В поддержании гомеостаза важнейшая роль принадлежит нервной системе. Быстро реагируя на различные изменения внешней или внутренней среды, нервная система так изменяет деятельность органов, что выравниваются сдвиги или нарушения в организме.

Благодаря развитию приспособлений, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма, его клетки менее подвержены изменяющимся влияниям внешней среды.

Нарушение гомеостаза приводит к значительным изменениям в работе органов и к различным заболеваниям. Вот почему измерение таких показателей, как температура тела, физико-химический состав крови, артериальное давление, имеет большое значение для диагностики, т. е. распознавания болезней.

2. Кровь

Значение крови

Истинной внутренней средой для клеток является тканевая жидкость; она омывает клетки. Кровь — это промежуточная внутренняя среда, находящаяся в сосудах и не соприкасающаяся непосредственно с большинством клеток организма. Однако, находясь в непрерывном движении, она обеспечивает постоянство состава тканевой жидкости.

Кровь доставляет клеткам кислород и выносит из них углекислый газ. Обогащение крови кислородом происходит через тончайшие стенки эпителиальных клеток капилляров легких, там же кровь отдает углекислый газ, который затем удаляется в окружающую среду с выдыхаемым воздухом. Протекая через капилляры различных тканей и органов, кровь отдает им кислород и поглощает углекислый газ.

В процессе пищеварения происходит расщепление пищевых продуктов и образование из них веществ, которые могут быть легко усвоены организмом. Эти вещества поступают в кровь и разносятся ею по организму.

Кровь выносит из организма продукты распада.

Кровь участвует в регуляции температуры тела. Температура различных частей тела неодинакова: под мышкой у здорового человека она составляет 36,5-36,8° С. Кожа голени имеет температуру около 30° С, а ушные раковины — даже 25-25,5° С. Внутренние же органы даже у здорового человека согреты до 38-38,2° С. Прилив крови от внутренних органов в сосуды кожи вызывает их покраснение, повышение температуры кожи, а следовательно, и усиление теплоотдачи. Напротив, сужение кожных сосудов приводит к сохранению тепла для организма.

Кровь выполняет защитную функцию: попавшие в нее микробы и различные чужеродные вещества разрушаются, уничтожаются, обезвреживаются фагоцитами и антителами.

Кровь участвует в регуляции деятельности организма.

Количество крови

Для определения количества крови у человека предложены различные методы. В последнее время для этих целей пользуются радиоактивными изотопами. У человека из вены берут небольшое количество крови и добавляют к ней определенное количество радиоактивного фосфора 32Р. После того как радиоактивный фосфор проникнет внутрь эритроцитов, их отделяют от плазмы крови с помощью центрифуги и вводят в кровеносную систему человека. "Меченые" таким образом эритроциты смешиваются со всей кровью. Через несколько минут берут из вены пробу крови и определяют ее радиоактивность. После этого вычисляют общее количество крови. У взрослого человека количество крови составляет примерно 7-8% массы тела. У детей крови относительно массы тела больше, чем у взрослых. У новорожденных кровь составляет 15% массы тела.

Обычно не вся кровь циркулирует в кровеносных сосудах. Некоторая часть ее находится в депо крови, как бы в резерве. Роль депо крови выполняют селезенка, кожа, печень и легкие. В кровеносных сосудах кожи, например, может храниться до 1 л крови. В тех случаях, когда в организме человека возникает недостаток кислорода, — при усиленной мышечной работе, при потере больших количеств крови от ранений и во время хирургических операций, при некоторых заболеваниях — запасы крови из депо поступают в общий кровоток. Депо крови участвуют в поддержании постоянства количества крови.

Состав крови

При отстаивании, а еще лучше при центрифугировании кровь разделяется на два слоя. Верхний слой — слегка желтоватая жидкость, называемая плазмой; нижний слой — осадок темно-красного цвета, образованный эритроцитами. На границе между плазмой и эритроцитами имеется тонкая светлая пленка, состоящая из лейкоцитов и тромбоцитов (цвет. табл. I).

Процентное соотношение между плазмой и форменными элементами крови называют гематокритом. У здоровых людей примерно 55% объема крови приходится на плазму и 45% — на долю форменных элементов. При некоторых заболеваниях, например анемии (малокровии), увеличивается объем плазмы, при других заболеваниях — форменных элементов. Поэтому величина гематокрита может служить одним из показателей при установлении диагноза того или другого заболевания.

3. Плазма крови

Состав плазмы крови

В 100 мл плазмы крови здорового человека содержится около 93 г воды. Остальная часть плазмы состоит из органических и неорганических веществ. Плазма содержит минеральные вещества, белки (в том числе ферменты), углеводы, жиры, продукты обмена веществ, гормоны, витамины.

Минеральные вещества плазмы представлены солями: хлоридами, фосфатами, карбонатами и сульфатами натрия, калия, кальция, магния. Они могут находиться как в виде ионов, так и в неионизированном состоянии.

Осмотическое давление плазмы крови

Даже незначительные нарушения солевого состава плазмы могут оказаться губительными для многих тканей, и прежде всего для клеток самой крови. Суммарная концентрация минеральных солей, белков, глюкозы, мочевины и других веществ, растворенных в плазме, создает осмотическое давление.

Явления осмоса возникают везде, где имеются два раствора различной концентрации, разделенные полупроницаемой мембраной, через которую легко проходит растворитель (вода), но не проходят молекулы растворенного вещества. В этих условиях растворитель движется в сторону раствора с большей концентрацией растворенного вещества. Одностороннюю диффузию жидкости через полупроницаемую перегородку называют осмосом (рис. 4). Сила, которая вызывает движение растворителя через полупроницаемую мембрану, есть осмотическое давление. С помощью специальных методов удалось установить, что осмотическое давление плазмы крови человека удерживается на постоянном уровне и составляет 7,6 атм (1 атм ≈ 10⁵н/м²).

Рис. 4. Осмотическое давление: 1 — чистый растворитель; 2 — солевой раствор; 3 — полупроницаемая перепонка, разделяющая сосуд на две части; длина стрелок показывает скорость движения воды через перепонку; А — осмос, начавшийся после заполнения жидкостью обеих частей сосуда; Б — установление равновесия; Н-давление, уравновешивающее осмос

Осмотическое давление плазмы в основном создается неорганическими солями, поскольку концентрация сахара, белков, мочевины и других органических веществ, растворенных в плазме, невелика.

Благодаря осмотическому давлению происходит проникновение жидкости через клеточные оболочки, что обеспечивает обмен воды между кровью и тканями.

Постоянство осмотического давления крови имеет важное значение для жизнедеятельности клеток организма. Мембраны многих клеток, в том числе и клеток крови, тоже являются полупроницаемыми. Поэтому при помещении кровяных телец в растворы с различной концентрацией солей, а следовательно, и с разным осмотическим давлением в клетках крови за счет осмотических сил происходят серьезные изменения.

Солевой раствор, имеющий такое же осмотическое давление, как плазма крови, называют изотоническим раствором. Для человека изотоничен 0,9-процентный раствор поваренной соли (NaCl), а для лягушки — 0,6-процентный раствор этой же соли.

Солевой раствор, осмотическое давление котороговыше, чем осмотическое давление плазмы крови, называют гипертоническим; если осмотическое давление раствора ниже, чем в плазме крови, то такой раствор называют гипотоническим.

Гипертонический раствор (обычно это 10-процентный раствор поваренной соли) применяют при лечении гнойных ран. Если на рану наложить повязку с гипертоническим раствором, то жидкость из раны будет выходить наружу, на повязку, поскольку концентрация солей в ней выше, чем внутри раны. При этом жидкость будет увлекать за собой гной, микробы, отмершие частицы тканей, и в результате рана скорее очистится и заживет.

Поскольку растворитель движется всегда в сторону раствора с более высоким осмотическим давлением, то при погружении эритроцитов в гипотонический раствор вода, по законам осмоса, интенсивно начинает проникать внутрь клеток. Эритроциты набухают, их оболочки разрываются, и содержимое поступает в раствор. Наблюдается гемолиз. Кровь, эритроциты которой подверглись гемолизу, становится прозрачной, или, как иногда говорят, лаковой.

В крови человека гемолиз начинается при помещении эритроцитов в 0,44-0,48-процентный раствор NaCl, а в 0,28-0,32-процентных растворах NaCl уже почти все эритроциты оказываются разрушенными. Если эритроциты попадают в гипертонический раствор, они сморщиваются. Убедитесь в этом, проделав опыты 4 и 5.

Примечание. Прежде чем проводить лабораторные работы по исследованию крови, необходимо освоить технику взятия из пальца крови для анализа.

Вначале и испытуемый и исследователь тщательно моют руки с мылом. Затем у испытуемого протирают спиртом безымянный (IV) палец левой руки. Кожу мякоти этого пальца прокалывают острой и предварительно простерилизованной специальной иглой-перышком. При надавливании на палец близ места укола выступает кровь.

Первую каплю крови убирают сухой ватой, а следующую используют для исследования. Необходимо следить, чтобы капля не растекалась по коже пальца. Кровь набирают в стеклянный капилляр, погрузив его конец в основание капли и придав капилляру горизонтальное положение.

После взятия крови палец вновь протирают ваткой, смоченной спиртом, а затем смазывают иодом.

Опыт 4

На один край предметного стекла поместите каплю изотонического (0,9-процентного) раствора NaCl, а на другой — каплю гипотонического (0,3-процентного) раствора NaCl. Проколите кожу пальца иглой обычным способом и стеклянной палочкой перенесите по капле крови в каждую каплю раствора. Жидкости перемешайте, накройте покровными стеклами и рассмотрите под микроскопом (лучше при большом увеличении). Видно набухание большинства эритроцитов в гипотоническом растворе. Некоторые из эритроцитов оказываются разрушенными. (Сравните с эритроцитами в изотоническом растворе.)

Опыт 5

Возьмите другое предметное стекло. На один край его поместите каплю 0,9-процентного раствора NaCl, а на другой — каплю гипертонического (10-процентного) раствора NaCl. Внесите в каждую каплю растворов по капле крови и после перемешивания рассмотрите их под микроскопом. В гипертоническом растворе происходит уменьшение размеров эритроцитов, их сморщивание, которое легко обнаруживается по характерному фестончатому их краю. В изотоническом растворе край у эритроцитов гладкий.

Несмотря на то что в кровь может поступать разное количество воды и минеральных солей, осмотическое давление крови поддерживается на постоянном уровне. Это достигается благодаря деятельности почек, потовых желез, через которые из организма удаляются вода, соли и другие продукты обмена веществ.

Физиологический раствор

Для нормальной деятельности организма важно не только количественное содержание солей в плазме крови, что обеспечивает определенное осмотическое давление. Чрезвычайно важен и качественный состав этих солей. Изотонический раствор хлористого натрия не способен длительное время поддерживать работу омываемого им органа. Сердце, например, остановится, если из протекающей через него жидкости полностью исключить соли кальция, то же произойдет при избытке солей калия.

Растворы, которые по своему качественному составу и концентрации солей соответствуют составу плазмы, называют физиологическими растворами. Они различны для разных животных. В физиологии часто применяют жидкости Рингера и Тироде (табл. 1).

Таблица1. Состав жидкостей Рингера и Тироде (в г на 100 мл воды)

В жидкости для теплокровных животных часто, помимо солей, добавляют еще глюкозу и насыщают раствор кислородом. Такие жидкости используют для поддержания жизнедеятельности изолированных от тела органов, а также как заменители крови при кровопотерях.

Реакция крови

Плазма крови имеет не только постоянное осмотическое давление и определенный качественный состав солей, в ней поддерживается постоянство реакции. Практически реакция среды определяется концентрацией водородных ионов. Для характеристики реакции среды пользуются водородным показателем, обозначаемым рН. (Водородный показатель — логарифм концентрации водородных ионов с обратным знаком.) Для дистиллированной воды величина рН составляет 7,07, кислая среда характеризуется рН меньше 7,07, а щелочная — более 7,07. Водородный показатель крови человека при температуре тела 37°С равен 7,36. Активная реакция крови слабощелочная. Даже незначительные сдвиги величины рН крови нарушают деятельность организма и угрожают его жизни. Вместе с тем в процессе жизнедеятельности в результате обмена веществ в тканях происходит образование значительных количеств кислых продуктов, например молочной кислоты при физической работе. При усиленном дыхании, когда из крови удаляется значительное количество угольной кислоты, кровь может подщелачиваться. Организм обычно быстро справляется с такими отклонениями величины рН. Эту функцию осуществляют буферные вещества, находящиеся в крови. К ним относятся гемоглобин, кислые соли угольной кислоты (гидрокарбонаты), соли фосфорной кислоты (фосфаты) и белки крови.

Постоянство реакции крови поддерживается деятельностью легких, через которые удаляется из организма углекислый газ; через почки и потовые железы выводится избыток веществ, имеющих кислую или щелочную реакцию.

Белки плазмы крови

Из органических веществ плазмы наибольшее значение имеют белки. Они обеспечивают распределение воды между кровью и тканевой жидкостью, поддерживая водно-солевое равновесие в организме. Белки участвуют в образовании защитных иммунных тел, связывают и обезвреживают проникшие в организм ядовитые вещества. Белок плазмы фибриноген — основной фактор свертывания крови. Белки придают крови необходимую вязкость, что важно для поддержания на постоянном уровне давления крови.

4. Свертывание крови

Пока кровь течет по неповрежденным кровеносным сосудам, она остается жидкой. Но стоит поранить сосуд, как довольно быстро образуется сгусток. Кровяной сгусток (тромб), словно пробка, закупоривает ранку, кровотечение останавливается, и ранка постепенно заживает. Если бы кровь не свертывалась, то человек мог бы погибнуть от самой маленькой царапины.

Кровь человека, выпущенная из кровеносного сосуда, свертывается в течение 3-4 мин.

Свертывание крови является важной защитной реакцией организма, препятствующей кровопотере и, таким образом, сохраняющей постоянство объема циркулирующей крови.

В основе свертывания крови лежит изменение физико-химического состояния растворенного в плазме крови белка фибриногена. Фибриноген в процессе свертывания крови превращается в нерастворимый фибрин. Фибрин выпадает в виде тонких нитей. Нити фибрина образуют густую мелкоячеистую сеть, в которой задерживаются форменные элементы. Образуется сгусток, или тромб. Постепенно происходит уплотнение кровяного сгустка. Уплотняясь, он стягивает края раны и этим способствует ее заживлению. При уплотнении сгустка из него выдавливается прозрачная желтоватая жидкость — сыворотка. Сыворотка — это плазма крови, из которой удален белок фибриноген. В уплотнении сгустка важная роль принадлежит тромбоцитам, в которых содержится вещество, способствующее сжатию сгустка.

Свертывание крови — сложный процесс. В нем принимают участие соли кальция, находящиеся в плазме крови. Обязательным условием свертывания крови является разрушение кровяных пластинок (тромбоцитов).

Согласно современным представлениям превращение растворенного в плазме крови белка фибриногена в нерастворимый белок фибрин совершается под влиянием фермента тромбина. В крови имеется неактивная форма тромбина — протромбин, который образуется в печени. Протромбин превращается в активный тромбин под влиянием тромбопластина в присутствии солей кальция. Соли кальция есть в плазме крови, а тромбопластина в циркулирующей крови нет. Он образуется при разрушении тромбоцитов или при повреждении других клеток тела. Образование тромбопластина также сложный процесс. Кроме тромбоцитов, в образовании тромбопластина принимают участие еще некоторые белки плазмы крови. Отсутствие в крови некоторых белков резко сказывается на процессе свертывания крови. Если в плазме крови отсутствует один из глобулинов (крупномолекулярных белков), то наступает заболевание гемофилия, или кровоточивость. У людей, страдающих гемофилией, резко понижена свертываемость крови. Даже небольшое ранение может вызвать у них опасное кровотечение.

Чаще гемофилией болеют мужчины. Это заболевание передается по наследству.

Процесс свертывания крови регулируется нервной системой и гормонами желез внутренней секреции. Он может ускоряться и замедляться.

Если при кровотечениях важно, чтобы кровь свертывалась, то не менее важно, чтобы она, циркулируя в кровеносной системе, оставалась жидкой, не свертывалась.

В организме образуются вещества, препятствующие свертыванию крови. Такими свойствами обладает гепарин, находящийся в клетках легких и печени. В сыворотке крови обнаружен белок фибринолизин — фермент, растворяющий образовавшийся фибрин. В крови, таким образом, одновременно имеются две системы: свертывающая и противосвертывающая. При определенном равновесии этих систем кровь внутри сосудов не свертывается. При ранениях и некоторых заболеваниях равновесие нарушается, что приводит к свертыванию крови. Тормозят свертывание крови соли лимонной и щавелевой кислот, осаждая необходимые для свертывания соли кальция. В шейных железах медицинских пиявок образуется гирудин, обладающий мощным противосвертывающим действием. Противосвертывающие вещества широко применяют в медицине.

5. Эритроциты

Форма и количество эритроцитов

У человека и многих млекопитающих животных красные кровяные клетки, или эритроциты, представляют собой безъядерные клетки двояковогнутой формы (цвет. табл. II). Они эластичны, что помогает им проходить по узким капиллярам. Диаметр эритроцита человека 7-8 мкм, а толщина — 2-2,5 мкм. Отсутствие ядра и форма двояковогнутой линзы (поверхность двояковогнутой линзы в 1,6 раза больше поверхности шара) увеличивают поверхность эритроцитов, а также обеспечивают быструю и равномерную диффузию кислорода внутрь эритроцита.

Общая поверхность всех эритроцитов человека более 3000 м², что в 1500 раз превышает поверхность его тела.

Общее количество эритроцитов, находящихся в крови человека, огромно. Оно примерно в 10 000 раз больше населения нашей планеты. Если выстроить все эритроциты человека в один ряд, то получилась бы цепочка длиной около 180 000 км; если же положить эритроциты один на другой, то образовалась бы колонна высотой, превосходящей длину экватора земного шара (50 000- 60 000 км).

В 1 мм³ крови содержится от 4 000 000 до 5 000 000 эритроцитов (у женщин 4 000 000-4 500 000, у мужчин 4 500 000 — 5 000 000).

Количество эритроцитов не строго постоянно. Оно может значительно увеличиваться при недостатке кислорода на больших высотах, при мышечной работе. У людей, живущих в высокогорных районах, эритроцитов примерно на 30% больше, чем у жителей морского побережья. Не случайно, в первые дни пребывания в горной местности человек испытывает слабость, головокружение, снижается его работоспособность. Эти явления связаны с недостаточным поступлением в организм кислорода в условиях разреженного воздуха. Однако через некоторое время состояние человека значительно улучшается, так как в организме увеличивается количество эритроцитов, а следовательно, улучшается обеспечение его кислородом. При переезде из низменных районов в высокогорные количество эритроцитов в крови увеличивается. Когда же потребность в кислороде уменьшается, количество эритроцитов в крови снижается.

Содержание эритроцитов в крови меняется с возрастом (табл. 2).

Подсчет эритроцитов

Подсчет эритроцитов производится при помощи специальных счетных камер.

Для подсчета форменных элементов взятую из пальца кровь разбавляют в специальных смесителях, чтобы создать нужную концентрацию клеток, удобную для счета. Для разбавления крови при подсчете эритроцитов применяют гипертонический (3-про-центный) раствор NaCl, в котором эритроциты сморщиваются.

Таблица 2. Возрастные изменения количества эритроцитов

Смеситель (меланжер) состоит из градуированной капиллярной трубочки с яйцевидным расширением (ампулой). В ампулу помещена стеклянная бусинка для лучшего размешивания крови (рис. 5). Имеются смесители для подсчета красных и белых кровяных телец. В смесителях для эритроцитов бусинка внутри ампулы окрашена в красный цвет, а для лейкоцитов — в белый. На капилляре смесителей имеются метки 0,5 и 1,0; они обозначают половину или целый объем капилляра. Выше яйцевидного расширения метка 101 в смесителе для эритроцитов означает, что полость расширения (ампулы) имеет объем в 100 раз больший, чем объем полости капилляра. На смесителе для лейкоцитов имеется метка И, свидетельствующая о том, что полость ампулы в 10 раз больше полного объема капилляра. Когда в смеситель для эритроцитов набирают кровь до метки 1,0, а затем разбавляют ее 3-процентным раствором NaCl, доводя общий объем до метки 101, кровь будет разведена в 100 раз. При разведении в 200 раз следует набрать кровь в капилляр смесителя до метки 0,5 и добавить разбавляющей жидкости до метки 101.

Рис. 5. Смеситель для разведения крови: 1 — капиллярная трубочка; 2 — ампула; 3 — стеклянная бусинка для перемешивания крови; 4 — стеклянная трубка

Перед употреблением смеситель должен быть тщательно вымыт, высушен продуванием воздуха с помощью водоструйного насоса или резиновой груши. Достаточно ли просушен смеситель, определяют по передвижению бусинки в ампуле: прилипание бусинки к стенкам свидетельствует о наличии влаги.

Счетная камера представляет собой толстое предметное стекло, на верхней поверхности которого имеются три поперечные площадки, разделенные между собой углублениями (рис. 6). Средняя площадка ниже крайних на 0,1 мм, и при наложении на боковые площадки покровного стекла над сеткой средней площадки образуется камера глубиной 0,1 мм. Камера Горяева имеет на средней площадке поперечный желобок. По обе стороны от этого желобка находится квадратная сетка, нарезанная специальной делительной машиной. Сетка может иметь разный рисунок в зависимости от конструкции камеры. В сетке камеры Горяева имеется 225 больших квадратов, 25 из которых разделены на 16 маленьких квадратиков каждый. Размеры маленьких квадратиков в камере любой конструкции одинаковы. Сторона малого квадрата равна 1⁄20 мм, следовательно, его площадь 1⁄20 × 1⁄20 = 1⁄400 (мм²). Если учесть, что высота камеры (расстояние от поверхности средней площадки до покровного стекла) равна 1⁄10 мм, то объем крови над малым квадратом равен: 1⁄400×1⁄10 = 1⁄4000 (мм³).

Опыт 6

Налейте в чашечку раствор для разбавления крови (3-процентный раствор NaCl). Проколите иглой кожу пальца, первую выступившую из пальца каплю крови сотрите ватным тампоном и, когда на пальце появится капля крови достаточной величины, погрузите в нее кончик смесителя. Наконечник смесителя (4 на рис. 5) возьмите в рот и насосите кровь до метки 0,5, Надо следить, чтобы в капилляр не попали пузырьки воздуха. Для этого кончик капилляра должен быть погружен в каплю крови до конца насасывания. Нельзя прижимать смеситель к пальцу, чтобы не закупорить отверстие смесителя. Нужно стараться, чтобы кровь не поднималась выше указанной метки на смесителе, но если это случилось, то можно осторожно опустить кончик капилляра на вату или фильтровальную бумагу, и уровень крови опустится. Разумеется, ошибка при подсчете увеличится. Затем быстро погрузите кончик капилляра в разбавляющую жидкость (3-процентный раствор NaCl). He выпуская кровь из смесителя, насосите в него ртом разбавляющий раствор до метки 101. Кровь теперь будет разведена в 200 раз. Закончив набор жидкости, переведите смеситель в горизонтальное положение, снимите резиновую трубку, закройте капилляр с обоих концов большим и указательным пальцами и тщательно перемешайте жидкости в расширении смесителя. Теперь смеситель в горизонтальном положении опустите на стол.

Рис. 6. Счетная камера Горяева: 1 — вид сверху; 2 — вид сбоку; 3 — сетка Горяева; 4 — смеситель

Плотно притрите покровное стекло к крайним площадкам счетной камеры так, чтобы при опрокидывании камеры стекло не падало. Из смесителя выпустите 2-3 капли жидкости на вату или фильтровальную бумагу, а следующую каплю с кончика капилляра выпустите под покровное стекло в счетную камеру. Смесь жидкостей в силу капиллярности должна ее равномерно заполнить, а положение покровного стекла не должно измениться. Если стекло "всплывает", то камеру тщательно протрите и процедуру заполнения повторите. Заполненную камеру поместите под микроскоп.

При малом увеличении подсчитайте число эритроцитов в 80 маленьких квадратиках, что соответствует 5 большим часто разграфленным квадратам. 5 больших квадратов выбирайте по диагонали через всю счетную камеру. Это делается для того, чтобы уменьшить ошибку, связанную с неравномерностью заполнения камеры.

Чтобы облегчить подсчет эритроцитов, на листе бумаги нарисуйте 5 больших квадратов, каждый из них разделите на 16 маленьких квадратиков. Подсчитав под микроскопом число эритроцитов в каждом маленьком квадратике, впишите эту величину в квадратики на бумаге.

Для того чтобы не ошибиться в подсчете и дважды не подсчитать эритроциты, лежащие на границах между малыми квадратиками, пользуйтесь таким правилом: относящимися к данному квадрату считаются эритроциты, лежащие как внутри квадрата, так и на его левой и верхней границе. Эритроциты, лежащие на правой и нижней границе квадрата, не считаются.

Исходным для дальнейших расчетов принимают объем жидкости над одним малым квадратиком. Поскольку он равен 1⁄4000 мм³, то количество эритроцитов в 1 мм³ крови можно подсчитать, умножив среднее количество эритроцитов в малом квадратике на 4000 и на величину разведения крови.

где Э — число эритроцитов в 1 мм³ крови;

n — число эритроцитов, подсчитанное в 80 малых квадратиках;

200 — разведение крови.

Закончив подсчет эритроцитов, вымойте счетную камеру и вытрите ее насухо чистой марлей.

Значение эритроцитов в поддержании постоянства внутренней среды

Основная функция эритроцитов заключается в переносе кислорода от легких ко всем клеткам тела. Находящийся в эритроцитах гемоглобин легко соединяется с кислородом и легко отдает его в определенных условиях.

Велика роль эритроцитов и в удалении углекислого газа из тканей. При участии эритроцитов углекислый газ, образующийся в процессе жизнедеятельности клеток, превращается в углекислые соли, которые постоянно циркулируют в крови. В капиллярах легких эти соли, опять же при обязательном участии эритроцитов, распадаются с образованием углекислого газа и воды. Углекислый газ и часть воды тут же удаляются из организма через дыхательные пути.

Эритроциты поддерживают относительное постоянство газового состава крови. При нарушении их функции во внутренней среде организма резко повышается содержание углекислого газа и развивается кислородная недостаточность, что губительно сказывается на деятельности всего организма.

Гемоглобин

В составе эритроцитов содержится белковое вещество гемоглобин, придающее крови красный цвет. Гемоглобин состоит из белковой части — глобина — и небелкового вещества — гема, содержащего двухвалентное железо. В капиллярах легких гемоглобин соединяется с кислородом, образуя оксигемоглобин.

В капиллярах тканей оксигемоглобин легко распадается с освобождением кислорода и гемоглобина. Этому способствует высокое содержание в тканях углекислого газа.

Оксигемоглобин имеет ярко-красный цвет, а гемоглобин — темно-красный. Этим объясняется различие в окраске венозной и артериальной крови.

Оксигемоглобин обладает свойствами слабой кислоты, что имеет важное значение в поддержании постоянства реакции крови (рН).

Гемоглобин способен образовывать соединение и с углекислым газом. Этот процесс происходит в капиллярах тканей. В капиллярах легких, где содержание углекислого газа значительно меньше, чем в капиллярах тканей, соединение гемоглобина с углекислым газом распадается. Таким образом, гемоглобин переносит не только кислород от легких к тканям. Он участвует и в переносе углекислого газа.

Наиболее прочно гемоглобин соединяется с угарным газом (СО). При содержании в воздухе 0,1% угарного газа больше половины гемоглобина крови связывается с окисью углерода, в связи с чем клетки и ткани не обеспечиваются необходимым количеством кислорода. В результате кислородного голодания появляются мышечная слабость, судороги, происходит потеря сознания и может наступить смерть.

Первая помощь при отравлении угарным газом — обеспечить приток чистого воздуха, напоить пострадавшего крепким чаем, а дальше необходимо медицинское вмешательство.

В 100 мл крови человека содержится в среднем около 16 г гемоглобина.

Определение количества гемоглобина производится колориметрическим способом, основанным на следующем принципе: если исследуемый раствор путем разбавления довести до окраски, одинаковой со стандартным раствором, то концентрация растворенных веществ в обоих растворах будет одинакова, а количества веществ будут соотноситься как их объемы. Зная количество вещества в стандартном растворе, можно вычислить его содержание в исследуемом растворе. Прибор для определения количества гемоглобина в крови называют гемометром.

Гемометр (рис. 7) представляет собой штатив, задняя стенка которого сделана из стекла молочного цвета. В штатив вставлены три пробирки одинакового диаметра. Две крайние пробирки сверху запаяны и содержат стандартный раствор солянокислого гематина (соединение гемоглобина с соляной кислотой). Средняя пробирка градуирована и открыта сверху. Она предназначена для исследуемой крови. К прибору приложены пипетка на 20 мм³ и тонкая стеклянная палочка. Раствор, взятый для стандарта, содержит в 100 мл 16,7 г гемоглобина. Такое содержание гемоглобина считается высшим пределом нормы и принимается за 100%. Для проведения исследования гемоглобин испытуемой крови нужно перевести в солянокислый гематин. Это вещество коричневого цвета, а стандартный раствор его имеет окраску крепкого чая.

Рис. 7. Гемометр

Опыт 7

В среднюю пробирку гемометра налейте 0,1-нормального раствора соляной кислоты до метки 10. В специальную пипетку, прилагаемую к гемометру, наберите 20 мм³ крови; обтерев кончик пипетки ваткой (уровень крови в ней при этом не должен меняться), осторожно выдуйте кровь на дно пробирки с соляной кислотой. Не вынимая из пробирки пипетку, несколько раз сполосните ее соляной кислотой. Наконец, прикоснитесь пипеткой к стенке пробирки и тщательно выдуйте ее содержимое. Раствор оставьте на 5-10 мин, перемешивая его стеклянной палочкой. Это время необходимо для полного превращения гемоглобина в солянокислый гематин.

Затем в среднюю пробирку по каплям приливайте пипеткой дистиллированную воду до тех пор, пока цвет полученного раствора не будет одинаковым с цветом стандарта (добавляя воду, раствор перемешивайте палочкой). Особенно осторожно добавляйте последние капли.

Цифра, стоящая на уровне поверхности раствора в средней пробирке, покажет содержание гемоглобина в исследуемой крови в процентах по отношению к норме, условно принятой за 100 %.

Реакция оседания эритроцитов (РОЭ)

Если кровь предохранить от свертывания и оставить на несколько часов в капиллярных трубочках, то эритроциты, находящиеся в крови, в силу тяжести начинают оседать. Они оседают с определенной скоростью. У женщин нормальная скорость оседания эритроцитов 7-12 мм в 1ч, а у мужчин — 3- 9 мм в 1 ч.

Рис. 8. Прибор Панченкова

Определение скорости оседания эритроцитов имеет важное диагностическое значение в медицине. При туберкулезе, различных воспалительных процессах в организме скорость оседания эритроцитов повышается.

Реакцию оседания эритроцитов (РОЭ) определяют с помощью прибора Панченкова (рис. 8).

Прибор представляет собой штатив, в котором укреплены в вертикальном положении капиллярные трубочки. На капиллярах нанесены деления в миллиметрах. Кроме того, на каждом капилляре имеются еще три метки: метка К (кровь), метка Р (реактив) и метка О, которая стоит на одном уровне с меткой К.

6. Лейкоциты

Форма и количество лейкоцитов

Лейкоциты, или белые кровяные тельца, — это бесцветные клетки, содержащие ядра разнообразной формы. В 1 мм³ крови здорового человека содержится около 6000- 8000 лейкоцитов.

При рассматривании в микроскоп мазка окрашенной крови можно заметить, что лейкоциты имеют разнообразную форму цвет. табл. II). Различают две группы лейкоцитов: зернистые и незернистые. У первых в цитоплазме имеются мелкие зерна (гранулы), окрашивающиеся разными красителями в синий, красный или фиолетовый цвет. У незернистых форм лейкоцитов таких зерен нет.

Среди незернистых лейкоцитов различают лимфоциты — круглые клетки с очень темными округлыми ядрами — и моноциты — клетки большей величины с ядрами неправильной формы.

Зернистые лейкоциты по-разному относятся к различным красителям. Если зерна цитоплазмы лучше окрашиваются основными (щелочными) красками, то такие формы называют базофилами, если кислыми — эозинофилами (эозин — кислый краситель), а если цитоплазма окрашивается нейтральными красками — нейтрофилами.

Между отдельными формами лейкоцитов существует определенное соотношение. Соотношение различных форм лейкоцитов, выраженное в процентах, называют лейкоцитарной формулой (табл. 3).

Таблица 3. Лейкоцитарная формула крови здорового человека

При некоторых заболеваниях наблюдаются характерные изменения соотношения отдельных форм лейкоцитов. При наличии глистов увеличивается число эозинофилов, при воспалениях возрастает число нейтрофилов. При туберкулезе обычно отмечают увеличение количества лимфоцитов.

Часто лейкоцитарная формула меняется в течение заболевания. В острый период инфекционного заболевания, при тяжелом течении болезни эозинофилы могут не обнаруживаться в крови, а с началом выздоровления, еще до видимых признаков улучшения состояния больного, они отчетливо видны под микроскопом.

На лейкоцитарную формулу оказывают влияние и некоторые лекарства. При длительном лечении пенициллином, стрептомицином и другими антибиотиками в крови может увеличиться число эозинофилов, что должно насторожить врача в отношении дальнейшего применения этих лекарственных средств.

Лейкоциты подсчитывают так же, как и эритроциты (см. опыт 6).

Опыт 9

Кровь при подсчете лейкоцитов разбавьте в 10 или 20 раз. При разведении в 20 раз наберите кровь в смеситель для лейкоцитов до метки 0,5, а затем насосите разбавляющий раствор до метки 11.

Разбавьте кровь 3-процентным раствором уксусной кислоты, подкрашенным метиленовой синью. Уксусная кислота необходима для того, чтобы разрушить эритроциты, наличие которых мешало бы подсчету лейкоцитов, а метиленовая синь подкрашивает ядра лейкоцитов, которые служат основным ориентиром при подсчете.

Подсчет лейкоцитов ведите при малом увеличении микроскопа. Для большей точности лейкоциты подсчитывайте в 25 больших квадратах, что соответствует 400 малым квадратикам. Формула для подсчета количества лейкоцитов:

где Л — число лейкоцитов в 1 мм³ крови;

п — число лейкоцитов в 400 малых (25 больших) квадратах;

20 — разведение крови.

В крови разных людей содержится неодинаковое количество лейкоцитов. В теле взрослого человека содержится в среднем 60 млрд. лейкоцитов. Количество лейкоцитов в крови может меняться. После приема пищи, тяжелой мышечной работы содержание этих клеток в крови увеличивается. Особенно много лейкоцитов появляется в крови при воспалительных процессах.

Лейкоциты живут 2-4 дня. Они образуются в красном костном мозге, селезенке и лимфатических узлах.

В отличие от эритроцитов лейкоциты способны самостоятельно двигаться в организме.

Значение лейкоцитов

Основная функция лейкоцитов — защита организма от микроорганизмов, чужеродных белков, инородных тел, проникающих в кровь и ткани.

Лейкоциты обладают способностью самостоятельно двигаться, выпуская ложноножки (псевдоподии). Они могут покидать кровеносные сосуды, проникая через сосудистую стенку, и передвигаться между клетками различных тканей организма.

Рис. 9. Фагоцитоз бактерии лейкоцитом (три последовательные стадии)

В кровеносных сосудах лейкоциты передвигаются вдоль стенок, иногда даже против тока крови. Скорость движения разных лейкоцитов не одинакова. Наиболее быстро движутся нейтрофилы — около 30 мкм в 1 мин; лимфоциты и базофилы передвигаются медленнее. При заболеваниях скорость движения лейкоцитов, как правило, возрастает. Это связано с тем, что проникшие в организм болезнетворные микробы в результате жизнедеятельности выделяют ядовитые для человека вещества — токсины. Они-то и вызывают ускоренное движение лейкоцитов.

Приблизившись к микроорганизму, лейкоциты ложноножками обволакивают его и втягивают внутрь цитоплазмы (рис. 9.). Один нейтрофил может поглотить 20-30 микробов. Через 1 ч все они оказываются переваренными внутри нейтрофила. Это происходит при участии специальных ферментов, разрушающих микроорганизмы.

Если инородное тело по своим размерам превышает лейкоцит, то вокруг него накапливаются группы нейтрофилов, образуя барьер. Переваривая или разрушая это инородное тело вместе с окружающими его тканями, лейкоциты гибнут. В результате вокруг чужеродного тела образуется гнойник, который через некоторое время разрывается и его содержимое выбрасывается из организма.

Поглощение и переваривание лейкоцитами различных микробов, простейших организмов и всяких чужеродных веществ, попадающих в организм, называют фагоцитозом, а сами лейкоциты — фагоцитами.

Явление фагоцитоза было изучено И. И. Мечниковым.

Лейкоциты играют важную роль и в освобождении организма от отмерших клеток. В теле человека постоянно происходит процесс старения и отмирания клеток и нарождение новых клеток. Если бы отмершие клетки не уничтожались, то организм был бы отравлен продуктами распада и жизнь стала бы невозможной. Лейкоциты собираются вокруг отмерших клеток, втягивают их внутрь себя и с помощью ферментов расщепляют до более простых соединений, которые используются организмом.

Фагоцитоз — защитная реакция организма, способствующая сохранению постоянства его внутренней среды.

7. Тромбоциты (кровяные пластинки)

Тромбоциты человека представляют собой плазматические образования овальной или округлой формы, диаметром 2-5 мкм. У человека они не имеют ядер.

В 1 мм³ крови человека содержится от 200 000 до 400 000 тромбоцитов. Количество тромбоцитов в крови меняется. Днем их больше, а ночью меньше. После тяжелой мышечной работы количество кровяных пластинок увеличивается в 3-5 раз.

Тромбоциты образуются в красном костном мозге и селезенке. Продолжительность жизни тромбоцитов 5-7 дней. Разрушение их происходит в селезенке.

Основная функция тромбоцитов связана с их участием в свертывании крови. При ранении кровеносных сосудов тромбоциты разрушаются. При этом из них выходит в плазму ряд веществ, необходимых для формирования кровяного сгустка — тромба. Как правило, образование тромба сопровождается сужением кровеносных сосудов. Этому способствует выделяющееся при разрушении кровяных пластинок особое сосудосуживающее вещество.

Путем двуступенчатого центрифугирования тромбоциты удается отделить от плазмы и эритроцитов и лейкоцитов. Для предотвращения разрушения тромбоцитов центрифугирование производят на холоду, а полученную в виде белой пленки тромбоцитарную массу сохраняют в специальном консервирующем растворе. Тромбоцитарную массу применяют в медицинской практике для остановки кровотечений.

8. Защитные факторы организма. Иммунитет

Защита организма от инфекции

Человек живет в окружении самых разнообразных микробов, в том числе болезнетворных бактерий и вирусов. Многие из них находятся в организме больных животных и людей, от которых они могут тем или иным путем передаваться здоровым. Например, от больных животных человек может заразиться бруцеллезом, ящуром при употреблении сырого молока.

Возбудители столбняка, находящиеся в почве, через поврежденные ткани могут проникнуть в организм и вызвать тяжелое заболевание. Хорошо известны инфекции, передающиеся воздушно-капельным путем при кашле, чихании, разговоре и т. д. Так люди заражаются гриппом, туберкулезом и другими инфекциями.

Однако жизненный опыт показывает, что человек значительно чаще заражается, чем болеет, т. е. другими словами, заражение не всегда вызывает заболевание. Защитные силы организма настолько велики, что в большинстве случаев микробы — возбудители болезней погибают раньше, чем успевают причинить какой-либо вред. Лишь некоторым из них удается, да и то на время, взять верх над защитными силами и проникнуть внутрь организма. Что же представляют собой защитные факторы организма?

На пути микробов во внутреннюю среду располагаются барьеры. Это — кожа и слизистые оболочки. Они препятствуют проникновению возбудителей болезни во внутреннюю среду организма. При этом важную роль играют вещества, образующиеся в коже и в слизистых оболочках. Эти вещества губительно действуют на большинство микробов, а некоторые из них соединяются с микробами и лишают их активности. В таком состоянии микробы уже не могут противостоять клеткам-фагоцитам, которые и поглощают их в огромных количествах.

Фагоциты обладают очень высокой подвижностью и скапливаются в большом количестве там, где возникает опасность инфекции. Кроме подвижных фагоцитов есть и неподвижные; они находятся на всех возможных путях распространения инфекции: в кровеносных сосудах, лимфатических узлах, костном мозге, селезенке и т. д.

Характер реакции защитных сил организма на инфекцию можно понять, если вспомнить, как развивается фурункул (чирей): после того как инфекция проникнет в волосяной мешочек, начинается воспаление. При этом вокруг центра фурункула образуется инфильтрат, из-за которого фурункул нередко оказывается значительных размеров. На самом же деле инфекционный очаг занимает лишь центр фурункула; остальная часть его — это защитный вал из скопившихся в огромном количестве лейкоцитов, которые как бы сжимают очаг инфекции и не дают ему распространиться.

Наверное, многим из вас приходилось иметь дело с занозой. Обычно в течение 1-2 дней она беспокоит человека, а затем ее перестаешь замечать. Если на занозе были микробы, то начинается нагноение, и она или выходит наружу с гноем, или же поглощается фагоцитами.

Важная роль в защите организма принадлежит антителам.

Антитела (противотела, иммунные, защитные вещества) — это белковые вещества, образующиеся в организме при попадании в него чужеродных веществ. Они находятся в крови и других тканях тела человека. Антитела образуются при проникновении в кровь или лимфу микроорганизмов, их ядов, чужеродных белков и других веществ. Наиболее активно вырабатывают защитные вещества лимфоциты и моноциты.

Защитные вещества (антитела), находящиеся в плазме крови, по-разному действуют на проникшие в организм болезнетворные микробы или чужеродные вещества. Одни антитела склеивают микроорганизмы, другие осаждают склеенные частицы, а третьи разрушают, растворяют их.

Есть специальные защитные вещества — антитоксины. Они нейтрализуют циркулирующие в крови яды микробов (токсины).

Защитные вещества обладают специфичностью. Они действуют губительно только на тот микроб или его яды или на чужеродный белок, который послужил причиной их образования.

Образуясь в больших количествах при проникновении в организм чужеродных веществ, защитные вещества охраняют постоянство внутренней среды организма.

Благодаря наличию специальных защитных веществ в крови человек становится невосприимчивым к некоторым инфекционным болезням. Невосприимчивость к инфекционным заболеваниям называют иммунитетом, а антитела против возбудителя той или другой болезни — иммунными телами.

Врожденный и приобретенный иммунитет

Защитные (иммунные) вещества обнаруживаются в организме с момента рождения. В этих случаях говорят о врожденном иммунитете. Он наследуется от родителей. Наследственным иммунитетом объясняется невосприимчивость человека к возбудителю чумы рогатого скота. Иммунные вещества могут через плаценту проникать от матери к плоду. Некоторые иммунные вещества новорожденные получают с материнским молоком. Известно, что в течение первых месяцев жизни дети не болеют корью, полиомиелитом (детский паралич) и другими инфекционными заболеваниями.

Иммунитет может выработаться у человека после перенесения инфекционного заболевания. Это приобретенный иммунитет. После выздоровления в крови человека остаются защитные вещества против возбудителя болезни, которую он перенес. Если теперь возбудитель этой болезни проникает в кровь человека, то он и выделяемые им яды будут обезврежены соответствующими иммунными телами и болезнь не разовьется. Вот почему люди, переболев в детстве коклюшем, корью, обычно не заболевают ими повторно.

Невосприимчивость к тому или иному заболеванию, полученную организмом по наследству или приобретенную в результате перенесенного заболевания, называют естественным иммунитетом. Естественный иммунитет прочный, держится многие годы.

Иммунитет можно вызвать искусственно. При активной форме искусственного иммунитета в организм вводят ослабленных или убитых возбудителей той или иной болезни. Ослабленные таким путем яды возбудителей болезни вызывают выработку против них соответствующих защитных веществ (антитоксинов). В этом случае организм активно участвует в создании невосприимчивости к той или другой болезни. Примером искусственного иммунитета являются предохранительные прививки.

В медицинской практике широко пользуются пассивной иммунизацией. При этом заболевшему человеку вводят сыворотку крови переболевших людей или животных. В такой сыворотке уже есть готовые иммунные тела против возбудителей болезни. Когда ребенок заболевает корью, ему впрыскивают сыворотку крови человека, переболевшего корью. В ней содержатся антитела против возбудителей кори. Такую же роль выполняет противодифтерийная сыворотка, которая содержит готовые иммунные вещества против возбудителя дифтерии. Готовят ее из сыворотки крови лошадей, которым предварительно впрыскивали под кожу яд дифтерийных микробов. В крови лошади вырабатываются иммунные тела против возбудителя дифтерии. Их-то и вводят вместе с сывороткой лошадиной крови заболевшему дифтерией человеку или в целях профилактики от этого заболевания. Иммунитет, который приобретается путем предохранительных прививок или введением лечебных сывороток, называют искусственным. Эта форма иммунитета менее прочная, чем естественный иммунитет.

Известно, что предупреждать болезнь легче, чем лечить. Именно поэтому велика роль предохранительных прививок в снижении заболеваемости оспой, дифтерией, коклюшем и другими инфекционными болезнями.

Важная роль в борьбе с инфекцией принадлежит повышению температуры тела. При этом защитные силы организма активизируются: повышаются подвижность фагоцитов и их способность пожирать микробы, нейтрализация чужеродных веществ, токсинов и микробов антителами происходит более эффективно.

9. Группы крови. Переливание крови

Группы крови

Если человек теряет большое количество крови, то нарушается постоянство объема внутренней среды организма. И потому уже с древних времен в случае кровопотери, при заболеваниях люди пытались переливать больным кровь животных или здорового человека.

В письменных памятниках древних египтян, в трудах греческого ученого и философа Пифагора, в произведениях греческого поэта Гомера и римского поэта Овидия описываются попытки использовать кровь для лечения. Больным давали пить кровь животных или здоровых людей. Естественно, это не приносило успеха.

В 1667 г. во Франции Ж. Дени произвел первое в истории человечества внутривенное переливание крови человеку. Обескровленному умирающему юноше перелили кровь ягненка. Хотя чужеродная кровь и вызвала тяжелую реакцию, больной перенес ее и выздоровел. Успех окрылил врачей. Однако последующие попытки переливания крови были неудачными. Родственники потерпевших возбудили против врачей судебный процесс, и переливание крови было запрещенозаконом.

В конце XVIII в. было доказано, что неудачи и тяжелые осложнения, которые возникали при переливании человеку крови животных, объясняются тем, что эритроциты животного склеиваются и разрушаются в кровяном русле человека. При этом из них выделяются вещества, действующие на человеческий организм как яды. Стали пробовать переливать человеческую кровь.

Рис. 10. Склеившиеся эритроциты под микроскопом (в круге)

Первое в мире переливание крови от человека человеку было сделано в 1819 г. в Англии. В России его произвел впервые в 1832 г. петербургский врач Вольф. Успех этого переливания был блестящим: жизнь женщины, находившейся при смерти из-за большой кровопотери, была спасена. А дальше все пошло по-старому: то блистательный успех, то тяжелое осложнение вплоть до смерти. Осложнения очень напоминали тот эффект, который наблюдался после переливания человеку крови животных. Значит, в некоторых случаях кровь одного человека может оказаться чужеродной для другого.

Научный ответ на этот вопрос дали почти одновременно два ученых — австриец Карл Ландштейнер и чех Ян Янский. Они обнаружили у людей 4 группы крови.

Ландштейнер обратил внимание на то, что иногда сыворотка крови одного человека склеивает эритроциты крови другого (рис. 10). Это явление получило название агглютинации. Свойство эритроцитов склеиваться при действии на них плазмы или сыворотки крови другого человека стало основой разделения крови всех людей на 4 группы (табл. 4).

Таблица 4. Группы крови

Почему же происходит склеивание, или агглютинация, эритроцитов?

В эритроцитах были обнаружены вещества белковой природы, которые назвали агглютиногенами (склеиваемыми веществами). У людей их существуют два вида. Условно их обозначили буквами латинского алфавита — А и В.

У людей с I группой крови в эритроцитах агглютиногены отсутствуют, кровь II группы содержит агглютиноген А, в эритроцитах крови III группы есть агглютиноген В, кровь IV группы содержит агглютиногены А и В.

В связи с тем что в эритроцитах I группы крови агглютиногенов не содержится, эту группу обозначают нулевой (0) группой. II группу из-за наличия в эритроцитах агглютиногена А обозначают А, III группу — В, IV группу — АВ.

В плазме крови обнаружены агглютинины (склеивающие вещества) двух видов. Их обозначают буквами греческого алфавита — α (альфа) и β (бета).

Агглютинин α склеивает эритроциты с агглютиногеном А, агглютинин β склеивает эритроциты с агглютиногеном В.

В сыворотке крови I (0) группы содержатся агглютинины α и β, в крови II (А) группы — агглютинин β, в крови III (В) группы — агглютинин α, в крови IV (АВ) группы агглютининов нет.

Определить группу крови можно, если иметь готовые сыворотки крови II и III групп.

Принцип методики определения группы крови следующий. В пределах одной группы крови нет агглютинации (склеивания) эритроцитов. Однако агглютинация может произойти, и эритроциты соберутся в комочки, если они попадут в плазму или сыворотку крови другой группы. Следовательно, совмещая кровь испытуемого с заведомо известной (стандартной) сывороткой, можно по реакции агглютинации решить вопрос о групповой принадлежности исследуемой крови. Стандартные сыворотки в ампулах можно получить на станции (или в пунктах) переливания крови.

Опыт 10

На предметное стекло палочкой нанесите по капле сыворотки II и III групп крови. Чтобы избежать ошибки, на стекле возле каждой капли поставьте соответствующий номер группы сыворотки. Иглой проколите кожу пальца и при помощи стеклянной палочки перенесите по капле исследуемой крови в каплю стандартной сыворотки; тщательно размешайте кровь в капле сыворотки палочкой до тех пор, пока смесь не станет равномерно окрашенной в розовый цвет. Через 2 мин к каждой из капель прибавьте по 1-2 капли физиологического раствора и снова перемешайте. Следите за тем, чтобы для каждой манипуляции использовалась чистая стеклянная палочка. Предметное стекло поместите на белую бумагу и через 5 мин рассмотрите результаты. При отсутствии агглютинации капля представляет собой равномерную мутную взвесь эритроцитов. В случае же агглютинации простым глазом видно образование хлопьев эритроцитов в прозрачной жидкости. При этом возможны 4 варианта, которые позволяют отнести испытуемую кровь к одной из четырех групп. В решении этого вопроса вам может помочь рисунок 11.

Рис. 11. Определение групп крови (группы, к которым принадлежат сыворотки, отмечены римскими цифрами): 1 — агглютинация не произошла в сыворотке ни II, ни III группы — кровь I группы, 2 — агглютинация произошла в сыворотке III группы — кровь II группы: 3 — агглютинация произошла в сыворотке II группы — кровь III группы; 4 — агглютинация произошла в сыворотке II и III группы — кровь IV группы

Если агглютинация отсутствует во всех каплях, то это указывает на принадлежность исследуемой крови к I группе. Если агглютинация отсутствует в сыворотке III (В) группы и произошла в сыворотке II (А) группы, то исследуемая кровь принадлежит к III группе. Если агглютинация отсутствует в сыворотке II группы и имеется в сыворотке III группы, то кровь принадлежит ко II группе. При агглютинации обеими сыворотками можно говорить о принадлежности крови к IV (АВ) группе.

При этом нужно помнить, что реакция агглютинации сильно зависит от температуры. На холоде она не происходит, а при высокой температуре может произойти агглютинация эритроцитов и с неспецифической сывороткой. Лучше всего производить работу при температуре 18-22°С.

I группу крови в среднем имеют 40% людей, II группу — 39%, III- 15%, IV группу — 6%.

Кровь всех четырех групп одинаково полноценна в качественном отношении и отличается только описанными свойствами.

Принадлежность к той или другой группе крови не зависит ни от расы, ни от национальности. Группа крови не меняется в течение жизни человека.

В обычных условиях в крови одного и того же человека не могут встретиться одноименные агглютиногены и агглютинины (А не может встретиться с α, В не может встретиться с β). Это может произойти только при неправильном переливании крови. Тогда наступает реакция агглютинации, эритроциты склеиваются. Комочки склеившихся эритроцитов могут закупорить капилляры, что очень опасно для человека. Вслед за склеиванием эритроцитов наступает их разрушение. Ядовитые продукты распада эритроцитов отравляют организм. Этим и объясняются тяжелые осложнения и даже смерть при неправильно произведенном переливании крови.

Правила переливания крови

Изучение групп крови позволило установить правила переливания крови.

Людей, дающих кровь, называют донорами, а людей, которым вливают кровь, — реципиентами.

При переливании надо обязательно учитывать совместимость групп крови. При этом важно, чтобы в результате переливания крови эритроциты донора не склеивались кровью реципиента (табл. 5).

Таблица 5. Совместимость групп крови

На таблице 5 агглютинация обозначена знаком плюс (+), а отсутствие агглютинации — знаком минус (-).

Кровь людей I группы можно переливать всем людям, поэтому людей с I группой крови называют универсальными донорами. Кровь людей II группы можно переливать людям, имеющим II и IV группу крови, кровь людей III группы — людям с III и IV группой крови.

Из таблицы 5 также видно (см. по горизонтали), что если у реципиента I группа крови, то ему можно переливать кровь только I группы, во всех остальных случаях произойдет агглютинация. Людей же с IV группой крови называют универсальными реципиентами, так как им можно переливать кровь всех четырех групп, зато их кровь можно переливать только людям с IV группой крови (рис. 12).

Резус-фактор

При переливании крови, даже при тщательном учете групповой принадлежности донора и реципиента, иногда встречались тяжелые осложнения. Оказалось, в эритроцитах 85% людей имеется так называемый резус-фактор. Так он назван потому, что впервые был обнаружен в крови мартышки Macacus rhesus. Резус-фактор — белок. Людей, эритроциты крови которых содержат этот белок, называют резус-положительными. В эритроцитах крови 15% людей резус-фактора нет, это — резус-отрицательные люди.

Рис. 12. Схема совместимости групп крови. Стрелками показано, кровь каких групп можно переливать лицам, имеющим ту или иную группу крови

В отличие от агглютиногенов, для резус-фактора в плазме крови людей готовых антител (агглютининов) не имеется. Но антитела против резус-фактора могут образоваться. Если в кровь резус-отрицательным людям перелить кровь резус-положительную, то разрушения эритроцитов при первом переливании не наступит, поскольку в крови реципиента нет готовых антител к резус-фактору. Но после первого же переливания они образуются, так как резус-фактор является чужеродным белком для крови резус-отрицательного человека. При повторном переливании резус-положительной крови в кровь резус-отрицательного человека образовавшиеся ранее антитела вызовут разрушение эритроцитов перелитой крови. Поэтому при переливании крови надо учитывать совместимость и по резус-фактору.

Очень давно врачи обратили внимание на тяжелее, в прошлом часто смертельное заболевание младенцев — гемолитическую желтуху. Причем в одной семье заболевало несколько детей, что наводило на мысль о наследственном характере болезни. Единственное, что не укладывалось в это предположение, — отсутствие признаков недуга у первого родившегося ребенка и нарастание тяжести заболевания у второго, третьего и последующих детей.

Оказалось, гемолитическая болезнь новорожденных вызывается несовместимостью эритроцитов матери и плода по резус-фактору. Это происходит в том случае, если мать имеет резус-отрицательную кровь, а плод унаследовал от отца резус-положительную кровь. В период внутриутробного развития происходит следующее (рис. 13). Эритроциты плода, имеющие резус-фактор, попадая в кровь матери, эритроциты которой не содержат его, являются там "чужеродными", антигенами, и против них вырабатываются антитела. Но вещества крови матери через плаценту снова попадают в организм ребенка, теперь уже имея антитела против эритроцитов плода.

Возникает резус-конфликт, следствием чего является разрушение эритроцитов ребенка и болезнь гемолитическая желтуха.

Рис. 13. Схема возникновения гемолитической болезни новорожденных. Обозначив резус-фактор знаком + легко проследить его путь: от отца он передается плоду, а от него — матери; образовавшиеся в ее организме резус-антитела (кружочки со стрелками) возвращаются к плоду и разрушают его эритроциты

С каждой новой беременностью концентрация антител в крови матери возрастает, что может приводить даже к гибели плода.

В браке резус-отрицательного мужчины с резус-положительной женщиной дети рождаются здоровыми. К болезни ребенка может привести лишь комбинация "резус-отрицательная мать и резус-положительный отец".

Знание этого явления дает возможность заранее планировать профилактические и лечебные мероприятия, с помощью которых в наши дни удается спасти 90-98% новорожденных. С этой целью все беременные женщины с резус-отрицательной кровью берутся на особый учет, осуществляется их ранняя госпитализация, заготовляется резус-отрицательная кровь на случай появления младенца с признаками гемолитической желтухи. Обменные переливания с введением резус-отрицательной крови спасают таких детей.

Способы переливания крови

Существуют два способа переливания крови. При прямом (непосредственном) переливании кровь с помощью специальных приспособлений прямо от донора переливают реципиенту (рис. 14). Прямое переливание крови применяют редко и только в специальных лечебных учреждениях.

Для непрямого переливания кровь донора предварительно собирают в сосуд, где смешивают с веществами, препятствующими ее свертыванию (чаще всего добавляют лимоннокислый натрий). Кроме того, к крови прибавляют консервирующие вещества, которые позволяют хранить ее в годном для переливания виде длительное время. Такую кровь можно перевозить в запаянных ампулах на далекие расстояния.

Рис. 14. Шприц для прямого переливания крови

Рис. 15. Система для переливания крови: 1 — игла; 2 — смотровая стеклянная трубка; 3 — ампула с кровью; 4 — соединительная трубка; 5 — тройник; 6 — баллон для создания давления; 7 — манометр

При переливании консервированной крови на конец ампулы насаживают резиновую трубку с иглой, которую затем вводят в локтевую вену больного (рис. 15). На резиновую трубку надевают зажим; с его помощью можно регулировать скорость введения крови — быстрым ("струйным") или медленным ("капельным") способом.

В некоторых случаях переливают не цельную кровь, а ее составные части: плазму или эритроцитарную массу, которую применяют при лечении малокровия. Тромбоцитарную массу переливают при кровотечениях.

Несмотря на большую лечебную ценность консервированной крови, все же есть необходимость в растворах, могущих заменить кровь. Предложено много рецептов заменителей крови. Состав их отличается большей или меньшей сложностью. Все они обладают теми или иными свойствами плазмы крови, но не имеют свойств форменных элементов.

В последнее время в лечебных целях используют кровь, взятую от трупа. Кровь, извлеченная в первые шесть часов после внезапной смерти от несчастного случая, сохраняет все ценные биологические свойства.

Переливание крови или ее заменителей получило в нашей стране широкое распространение и является одним из эффективных способов сохранения жизни при больших кровопотерях.

Оживление организма

Переливание крови сделало возможным возвращать к жизни людей, у которых наступала клиническая смерть, когда прекращалась сердечная деятельность и останавливалось дыхание; необратимые изменения в организме при этом еще не наступали.

Первое успешное оживление собаки было произведено в 1913 г. в России. Через 3-12 мин после наступления клинической смерти собаке в сонную артерию по направлению к сердцу под давлением вводили кровь, в которую были добавлены вещества, стимулирующие сердечную деятельность. Введенная таким образом кровь направлялась в сосуды, снабжающие кровью сердечную мышцу. Через некоторое время восстанавливалась деятельность сердца, затем появлялось дыхание, и собака оживала.

В годы Великой Отечественной войны опыт первых успешных оживлений в клинике был перенесен в условия фронта. Вливание крови под давлением в артерии в сочетании с искусственным дыханием возвращало к жизни бойцов, доставленных в походную операционную с только что прекратившейся сердечной деятельностью и остановившимся дыханием.

Опыт советских ученых показывает, что при своевременном вмешательстве можно достигнуть оживления после смертельных кровопотерь, при травмах и некоторых отравлениях.

Доноры крови

Несмотря на то что предложено большое количество различных заменителей крови, все же самой ценной для переливания является натуральная кровь человека. Она не только восстанавливает постоянство объема и состава внутренней среды, но и лечит. Кровь нужна, чтобы заполнить аппараты искусственного кровообращения, которые на время некоторых операций заменяют сердце и легкие больного. Для работы аппарата "искусственная почка" требуется от 2 до 7 л крови. Человеку с тяжелым отравлением иногда для спасения переливают до 17 л крови. Много людей было спасено благодаря своевременному переливанию крови.

Люди, добровольно дающие свою кровь для переливания, — доноры — пользуются глубоким уважением и признанием народа. Донорство является почетной общественной функцией гражданина СССР.

Донором может стать каждый здоровый человек, достигший 18 лет, независимо от пола и рода деятельности. Взятие у здорового человека небольшого количества крови не оказывает отрицательного влияния на организм. Кроветворные органы легко восполняют эти небольшие потери крови. За один раз у донора берут около 200 мл крови.

Если сделать анализ крови у донора до и после сдачи крови, то окажется, что сразу же после взятия крови содержание в ней эритроцитов и лейкоцитов будет даже выше, чем до взятия. Это объясняется тем, что в ответ на такую небольшую кровопотерю организм сразу же мобилизует свои силы и находящаяся в виде резерва (или депо) кровь поступает в кровоток. Причем организм восполняет потерю крови даже с некоторым избытком. Если человек регулярно сдает кровь, то через некоторое время содержание в его крови эритроцитов, гемоглобина и других составных частей становится выше, чем до того, как он стал донором.

Вопросы и задания к главе "Внутренняя среда организма"

1. Что называют внутренней средой организма?

2. Каким образом поддерживается постоянство внутренней среды организма?

3. Как можно ускорить, замедлить или предотвратить свертывание крови?

4. Капля крови помещена в 0,3-процентный раствор NaCl. Что произойдет при этом с эритроцитами крови? Объясните это явление.

5. Почему в высокогорных местностях количество эритроцитов в крови увеличивается?

6. Кровь какого донора можно переливать вам, если у вас III группа крови?

7. Посчитайте, сколько процентов учеников вашего класса имеют кровь I, II, III и IV группы.

8. Сравните содержание гемоглобина в крови у нескольких учеников вашего класса. Для сравнения возьмите данные опытов полученные при определении содержания гемоглобина в крови мальчиков и девочек.

Глава III. Кровообращение

1. Значение кровообращения

Кровь может выполнять жизненно необходимые функции, только находясь в непрерывном движении. Движение крови в организме, ее циркуляция, и составляет сущность кровообращения.

Как известно, кровь в здоровом организме сохраняет на удивительно постоянном уровне свой состав и свои свойства, обеспечивая постоянство внутренней среды организма (гомеостаз). Это постоянство регулируется многими системами организма, в том числе и системой органов кровообращения. Благодаря кровообращению ко всем органам и тканям поступают кислород, питательные вещества, вода, соли, гормоны и выводятся из организма продукты распада. Из-за малой теплопроводности тканей передача тепла от органов человеческого тела (печень, мышцы и др.) к коже и в окружающую среду осуществляется главным образом за счет кровообращения.

Работа всех органов и организма в целом тесно связана с функцией органов кровообращения.

Кровообращение обеспечивается деятельностью сердца и кровеносных сосудов.

Сосудистая система состоит из двух кругов кровообращения: большого и малого (цвет. табл. III).

2. Сердце

Работа сердца

Одна из отличительных особенностей сердечной мышцы — обилие митохондрий в ее клетках, что связано с интенсивно протекающими здесь процессами обмена веществ. В результате обмена веществ и освобождается энергия, необходимая для работы сердца. Сердце расходует от 7 до 20% всей энергии, которая освобождается в организме.

Работа сердца заключается в перекачивании крови. Сердце, составляющее у человека около 0,5% массы его тела (примерно 300 г), перекачивает в сутки около 7000 л крови. Суточная работа сердца более 17 000 кгс-м (1 кгс-м ≈ 9,8 дж). Этого усилия достаточно, чтобы поднять железнодорожный товарный вагон на высоту 1 м. Такая высокая работоспособность сердца объясняется не только высоким уровнем происходящих в нем процессов обмена веществ, но и ритмичной деятельностью, строгим чередованием работы и отдыха каждого из его отделов. Кроме того, сердце усиленно снабжается кровью. В течение 1 мин в мышцу сердца поступает около 6-10% всей крови.

Сердце — центральный орган системы кровообращения. Нагнетательная функция его связана с сокращениями мышцы сердца — миокарда, чередованием сокращений предсердий и желудочков и надежной работой клапанов сердца.

Клапаны сердца

Сердце человека четырехкамерное: оно состоит из двух предсердий и двух желудочков. Левая и правая части сердца отделены сплошной перегородкой. Кровь из предсердий в желудочки поступает через отверстия в перегородке, которая находится между предсердиями и желудочками. Отверстия снабжены клапанами (рис. 16), которые открываются только в сторону желудочков. Клапаны образованы смыкающимися створками и потому получили название створчатых клапанов. В левой части сердца клапан двустворчатый, в правой — трехстворчатый. От поверхности и краев створок отходят сухожильные нити, которые прикрепляются к мышцам желудочков. Сухожильные нити не позволяют клапанам открываться в сторону предсердий.

Рис. 16. Двустворчатый клапан сердца: 1 — наружная оболочка сердца; 2 — мышечная стенка сердца; 3 — внутренняя оболочка сердца; 4 — двустворчатый клапан; 5 — сосочковый мускул; 6 — сухожильные нити

У места выхода аорты из левого желудочка и легочной артерии из правого желудочка располагаются полулунные клапаны (рис. 17).

Полулунные клапаны имеют вид кармашков; свободные края их плотно примыкают друг к другу. На середине края каждого клапана имеются утолщения, которые обеспечивают более полное смыкание. Полулунные клапаны пропускают кровь из желудочков в аорту и легочную артерию. Обратное движение крови из сосудов в желудочки невозможно; этому препятствуют полулунные клапаны, кармашки которых заполняются кровью, расправляются, плотно смыкаются и не пропускают кровь в желудочки.

Клапаны сердца обеспечивают движение крови только в одном направлении: из предсердий — в желудочки, а из желудочков — в артерии.

Если по каким-либо причинам в клапанах происходят изменения (сужение или частичное разрушение), то развивается недостаточность клапана. Теперь клапан не способен закрыть полностью отверстие между предсердием и желудочком или между желудочком и артерией. При этом часть крови из аорты может возвращаться в левый желудочек (если поражен полулунный клапан) или из желудочка в предсердие (при нарушении функции створчатых клапанов). Сердцу теперь приходится производить дополнительную работу, перекачивая большее количество крови, чем обычно. А из-за того, что часть крови возвращается в сердце, организм не получает необходимого количества крови. Возникает недостаточность кровообращения, развивается одышка, появляются отеки, резко снижается работоспособность.

Тяжелые случаи пороков клапанов сердца устраняют хирургическим путем. Если это невозможно, то иногда заменяют клапаны. Имеется несколько типов искусственных клапанов. Один из них такой: пластмассовый шарик заключен в сетку из нержавеющей стали. Сетку вшивают в отверстие между предсердием и желудочком, Пластмассовый шарик при сокращении предсердия пропускает кровь в желудочек, а при сокращении желудочка шарик плотно закрывает отверстие и не пропускает кровь обратно. Применяют искусственные клапаны в виде дисков, полусфер или с отдельными створками.

Сердечный цикл

Сердце сокращается ритмично: сокращения отделов сердца чередуются с их расслаблением.

Сокращение отделов сердца называют систолой, а расслабление — диастолой.

Сокращения сердца можно не только наблюдать невооруженным глазом, но и зарегистрировать. Зарегистрируйте сокращения сердца лягушки.

Рис. 17. Полулунные клапаны: А — вид снаружи; Б — вид на разрезанном сосуде; 1 — клапан между правым желудочком и легочной артерией; 2 — клапан между левым желудочком и аортой; 3 — отверстие венечной артерии; 4 — венечные артерии; 5 — стенка желудочка; 6 — стенка аорты

Опыт 11

Перед началом опыта лягушку надо обездвижить. Для этого в стеклянный сосуд, закрывающийся крышкой (эксикатор), поместите лягушку и ватку, смоченную эфиром или хлороформом. Можно обездвижить лягушку и разрушением центральной нервной системы (см. опыт 2). В открытый спинномозговой канал введите препаровальную иглу и разрушьте мозг. Кровь, выступившую после отсечения верхней челюсти, осушите ватным тампоном. Можно обездвижить лягушку иначе (рис. 18).

Возьмите препаровальную дощечку (из пенопласта, пробки или дерева со вставленной по углам дощечки пробкой) и приколите булавками лягушку, лежащую брюшком кверху. Теперь обнажите ее сердце. Для этого сделайте ножницами надрез кожи ниже грудины, после чего кожу рассеките по направлению к плечевым суставам (рис. 19, 1, 2). Захватите грудину пинцетом, оттяните ее кверху, надрежьте мышцы и рассеките их также по направлению к плечевым суставам.

Рис. 18. Обездвиживание лягушки

Образовавшийся кожно-мышечный лоскут осторожно поднимите пинцетом и отрежьте у его основания (рис. 19, 3, 4). Теперь видно пульсирующее сердце. С помощью маленького (глазного) анатомического пинцета и маленьких ножниц вскройте осторожно околосердечную сумку. Захватите пинцетом сердце за верхушку, подведите под него нитку и завяжите ее на уздечке сердца. Уздечка сердца представляет собой тонкий тяж, фиксирующий заднюю поверхность сердца к подлежащим тканям. Чтобы уздечка не оборвалась, ее следует перевязать как можно ближе к сердцу. Ножницами перережьте уздечку ниже места перевязки (как можно дальше от сердца). Взявшись за концы нитки на уздечке сердца, приподнимите сердце и зацепите его верхушку крючком, соединенным с ниткой.

Теперь соберите установку для графической регистрации сокращений сердца лягушки (рис. 20). Присоедините крючок с помощью нитки к рычажку так, чтобы получить максимальный размах рычажка. Рычажок установите в горизонтальном положении, поднимая или опуская дощечку с лягушкой. Кимограф расположите по отношению к рычажку слева так, чтобы рычажок лишь слегка касался закопченной поверхности барабана кимографа. Рычажок должен подходить к барабану по касательной. Обнаженное сердце лягушки периодически смачивайте раствором Рингера, чтобы оно не подсыхало. На барабане кимографа записывается кривая сокращений сердца лягушки (рис. 21). На ней видно, как сокращения чередуются с расслаблениями сердца.

С помощью секундомера подсчитайте, сколько сокращений делает сердце лягушки в 1 мин.

Если нет кимографа и рычажка, то для наблюдения сокращений сердца лягушки можно воспользоваться мышечным столиком. Нить от крючка, соединенного с верхушкой сердца, перекиньте через блок мышечного столика, подвесив к свободному концу нити груз в 5-10 г. К верхней части мышечного столика прикрепите шкалу с делениями и стрелку. При сокращениях сердца стрелка перемещается по шкале. По числу колебаний стрелки мышечного столика можно определить количество сокращений сердца в 1 мин.

Рис 19. Фиксация лягушки и обнажение сердца

Период, охватывающий одно сокращение и расслабление сердца, называют сердечным циклом. В состоянии относительного покоя сердце человека сокращается примерно 75 раз в 1 мин. Это значит, что весь цикл продолжается около 0,8 сек (60:75). А сколько времени продолжался сердечный цикл у лягушки? Воспользуйтесь данными опыта 11.

Каждый сердечный цикл состоит из трех фаз: первая — сокращение предсердий (систола предсердий), вторая — систола желудочков, третья — общая пауза. В первую фазу в результате сокращений левого и правого предсердий кровь поступает из предсердий в желудочки, которые в это время расслаблены. Створчатые клапаны открыты в сторону желудочков и не мешают току крови. Систола предсердий длится 0,1 сек, после чего наступает диастола — расслабление предсердий.

Рис. 20. Схема установки для графической регистрации сокращений сердца лягушки: А — общая схема установки; 1 — рычажок, 2 — перо, 3 — кимограф; Б — увеличенное изображение чернильнопишущего приспособления; 1 — рычажок, 2 — перо, 3 — металлический капилляр, 4 — резиновая груша, 5 — стеклянный наконечник от пипетки

Рис. 21. Запись сокращений сердца лягушки: 1 — систола предсердий; 2 — систола желудочка; 3 — период расслабления мускулатуры желудочка; 4 — общая диастола сердца

При систоле желудочков (вторая фаза) мышцы желудочков сокращаются, давление в желудочках повышается. Створчатые клапаны при этом закрываются. Напряжение мышц желудочков нарастает. Когда давление в желудочках станет выше, чем давление крови в аорте и легочной артерии, полулунные клапаны открываются и кровь из желудочков с силой выбрасывается в артерии. Давление в левом желудочке при систоле доходит до 130-150 мм рт. ст. В правом желудочке давление значительно ниже. Систола желудочков продолжается 0,3 сек.

В общую паузу (третья фаза) предсердия и желудочки расслаблены. Давление крови в аорте и легочной артерии теперь выше, чем в желудочках, и поэтому полулунные клапаны захлопываются. Створчатые клапаны открываются, и кровь из предсердий поступает в желудочки. Это — фаза медленного заполнения сердца кровью. Продолжительность ее около 0,4 сек. При большой физической нагрузке сердце сокращается чаще, чем 75 раз в 1 мин, продолжительность общей паузы при этом уменьшается.

После общей паузы начинается новый сердечный цикл. Чередование фаз сердечной деятельности имеет важное значение для обеспечения безостановочной работы сердца на протяжении всей жизни человека. В течение одного сердечного цикла предсердия тратят на работу приблизительно 12,5%, а желудочки — 37,5% времени; следовательно, все сердце отдыхает около 50% времени. Такой отдых в промежутках между сокращениями обеспечивает восстановление работоспособности сердца.

Последовательные ритмичные сокращения и расслабления предсердий и желудочков и деятельность клапанного аппарата сердца обеспечивают движение крови из предсердий в желудочки и изгнание ее из желудочков в большой и малый круги кровообращения.

Заполните следующую таблицу (табл. 6).

Таблица 6. Положение клапанов сердца во время сердечного цикла

Систолический и минутный объем крови

При сокращении сердца у взрослого человека, находящегося в состоянии покоя, каждый желудочек выталкивает в артерии 70-80 мл крови. Количество крови, выбрасываемое каждым желудочком за одно сокращение, называют ударным или систолическим объемом. Левый и правый желудочки выталкивают одинаковое количество крови.

Количество крови, выбрасываемое сердцем в 1 мин, называют минутным объемом. Зная количество крови, поступившее из желудочка во время систолы, и частоту сокращений сердца в 1 мин, можно рассчитать величину минутного объема. Если систолический объем равен 70 мл, а частота сердцебиений 75 раз в 1 мин, то минутный объем равен 70 × 75 = 5250 мл.

Увеличение минутного объема у тренированных спортсменов происходит главным образом за счет возрастания величины систолического объема. Сердечные сокращения при этом учащаются незначительно. У людей нетренированных минутный объем крови увеличивается в основном за счет учащения сердечных сокращений.

Известно, что при увеличении частоты сердечных сокращений укорачивается продолжительность общей паузы сердца. Из этого следует, что сердце нетренированных людей работает менее экономично и быстрее изнашивается. Не случайно сердечно-сосудистые заболевания встречаются у спортсменов реже, чем у людей, не занимающихся физкультурой. У хорошо тренированных спортсменов при больших физических нагрузках ударный объем крови может возрастать до 200-250 мл.

Сердечный толчок

Во время сокращения сердце несколько изменяет свое положение в грудной клетке. Оно становится плотным, почти твердым и несколько поворачивается слева направо. При этом верхушка сердца упирается в грудную клетку в области пятого межреберного промежутка (слева). Это давление сокращающегося сердца на грудную клетку ощущается как толчок. У худых людей сердечный толчок можно видеть. Сердечный толчок — один из показателей сердечной деятельности.

Тоны сердца

Приложив узкий конец стетоскопа или фонендоскоп к области левого пятого межреберного промежутка, вы различите два звука. Эти звуки называют тонами сердца. Первый тон, протяжный, низкий и глухой, слышится во время систолы желудочков. Он вызывается сокращением мускулатуры желудочков и дрожанием захлопнувшихся створчатых клапанов. Второй тон, короткий и высокий, возникает при захлопывании полулунных клапанов в фазу диастолы желудочков.

Прослушивание тонов сердца у людей имеет диагностическое значение. Так, при пороках сердца, когда клапаны его деформируются и потому плотно не смыкаются, тоны сердца утрачивают чистоту звучания. К ним примешиваются шумы, вызванные обратным движением крови через неплотно сомкнувшиеся клапаны.

Автоматия сердца

Если перерезать все нервы и кровеносные сосуды, идущие к сердцу, а затем удалить его из организма, то некоторое время такое изолированное сердце будет продолжать ритмично сокращаться.

Для того чтобы некоторое время сокращалось изолированное сердце лягушки, достаточно поместить его в изотонический раствор (0,6-процентный раствор поваренной соли).

Изолированное сердце теплокровного животного также может ритмично сокращаться, если через его сосуды пропускать подогретый до температуры тела раствор Рингера, содержащий глюкозу и насыщенный кислородом.

Опыт оживления изолированного сердца человека впервые в мире был успешно проведен русским ученым А. А. Кулябко. Он оживил сердце ребенка спустя 20 ч после смерти, наступившей от воспаления легких.

Кулябко Алексей Александрович (1866-1930) — русский физиолог, профессор Томского университета. Научная деятельность Кулябко связана с разработкой проблемы оживления организма.

Способность сердца ритмично сокращаться независимо от внешних воздействий, а лишь благодаря импульсам, возникающим в самом сердце, получила название автоматии. Автоматия сердца связана с особенностями сердечной мышцы. В сердце имеются мышечные волокна двух типов. Основная масса сердечной мышцы представлена типичными для сердца волокнами, которые обеспечивают сокращения отделов сердца. Их основная функция — сократимость. Это типическая, рабочая мускулатура сердца. Кроме того, в сердечной мышце имеются атипические волокна. С деятельностью атипических волокон связано возникновение возбуждения в сердце и проведение его от предсердий к желудочкам. Волокна атипической мускулатуры отличаются от сократительных волокон сердца как по строению, так и по физиологическим свойствам. В них слабее выражена поперечная исчерченность, зато они обладают способностью легко возбуждаться и более устойчивы к вредящим влияниям. За способность волокон атипической мускулатуры проводить возникшее возбуждение по сердцу ее называют еще проводящей системой сердца.

Атипическая мускулатура занимает по объему очень небольшую часть сердца. Скопления клеток атипической мускулатуры называют узлами (рис. 22).

Один из таких узлов расположен в правом предсердии вблизи места впадения (синуса) верхней полой вены. Это так называемый синусно-предсердный узел. Здесь в сердце здорового человека возникают импульсы возбуждения, определяющие ритм сокращений сердца. Второй узел расположен на границе между предсердиями и желудочками в перегородке сердца — предсердно-желудочковый узел. В этой области сердца возбуждение передается с предсердий на желудочки. В верхней части узла возбуждение распространяется более медленно, чем в остальных отделах проводящей системы сердца. Это очень важно: сократившиеся предсердия должны успеть перекачать кровь в желудочки сердца до того, как последние начнут сокращаться. Из предсердно-желудочкового узла возбуждение направляется по предсердно-желудочковому пучку волокон проводящей системы, который расположен в перегородке между желудочками. Ствол предсердно-желудочкового пучка разделяется на две ножки, одна из которых направляется в правый желудочек, а другая — в левый.

Рис. 22. Схематическое изображение проводящей системы сердца: 1 — синусно-предсердный узел; 2 — предсердно-желудочковый узел; 3 — ствол предсердно-желудочкового пучка; 4 и 5 — его правая и левая ножки; 6 — концевые разветвления ножек ствола предсердно-желудочкового пучка

Процесс возбуждения в сердце первоначально возникает в синусно-предсердном узле, затем распространяется на другие части проводящей системы, и наконец возбуждение с атипической мускулатуры передается на сократительную мускулатуру сердца. Возбудившись, типическая (сократительная) мускулатура сердца сокращается, развивая напряжение для нагнетания крови в аорту и легочную артерию.

Доказательством того, что импульсы возбуждения первоначально возникают в синусно-предсердном узле, является тот факт, что нагревание сердца в области этого узла ведет к учащению сокращений сердца, а охлаждение узла — к замедлению, сердечного ритма.

Познакомимся со степенью автоматии различных отделов сердца лягушки.

3. Электрические явления в сердце

Электрокардиография

Деятельность сердца, как и любой возбудимой ткани, сопровождается электрическими явлениями. Все возбудимые ткани в покое имеют положительный электрический заряд; когда возникает возбуждение, то электрический заряд возбужденного участка меняется на отрицательный. Теперь между возбужденным, заряженным отрицательно участком и невозбужденным, электроположительным участком возникает разность потенциалов. По мере распространения возбуждения меняется расположение электроотрицательных и электроположительных участков; в связи с этим в новых участках возникает разность потенциалов. Эти электрические явления в возбужденном органе можно зарегистрировать, если соединить специальные чувствительные приборы с работающим органом.

В сердце возбуждение возникает вначале в синусно-предсердном узле и отсюда постепенно распространяется на мускулатуру предсердий и желудочков.

В результате постепенного распространения волны возбуждения из синусно-предсердного узла на соседние участки сердца создаются условия для возникновения разности потенциалов в работающем сердце: участок сердца, куда приходит волна возбуждения, на время становится электроотрицательным, а соседние участки остаются заряженными положительно.

Метод регистрации электрических явлений в работающем сердце получил название электрокардиографии. Чувствительный прибор, с помощью которого регистрируют электрические явления в возбужденном сердце, называют электрокардиографом. В разработке теории электрокардиографии и внедрении ее в медицин скую практику большая роль принадлежит советскому физиолог А. Ф. Самойлову.

Самойлов Александр Филиппович (1867-1930) — видный советский физиолог. Работал в лаборатории И. М. Сеченова и И. П. Пав лова. Самойлов является одним из основоположников русской электрофизиологии и электрокардиографии. Он также работал в области физиологии мышц, нервного волокна, центральной нервной системы и органов чувств. А. Ф. Самойлову одному из первых была присуждена Ленинская премия.

Электрокардиограмма

Известно, что силовые линии электрического поля распространяются во все стороны от места возникновения разности потенциалов. Так как сердце расположено в грудной полости несимметрично, то несимметрично расположена и его электрическая ось. Поэтому, чтобы зарегистрировать разность потенциалов, возникающую в возбужденном сердце, надо приложить электроды электрокардиографа к двум несимметричным относительно электрической оси точкам на теле человека. Чаще всего электрокардиограф соединяют с правой и левой руками (первое отведение), с правой рукой и левой ногой (второе отведение) или с левой рукой и левой ногой (третье отведение) (рис. 25).

Разность потенциалов, возникающая в возбужденном сердце очень невелика (тысячные доли вольта), поэтому в электрокардиографе есть усиливающие устройства.

При регистрации электрической активности сердца на движущейся бумажной ленте электрокардиографа пишется кривая — электрокардиограмма (ЭКГ) (рис. 25).

В сердце здорового человека на электрокардиограмме отчетливо видны пять зубцов, из которых три обращены вверх (PRT) а два вниз (QS).

Зубец Р отражает электрические явления в предсердиях, а зубцы QRST характеризуют движение волны возбуждения в желудочках сердца.

Метод электрокардиографии является одним из наиболее важных методов объективной регистрации деятельности сердца. Он позволяет судить о последовательности распространения возбуждения по сердцу и оказывает практической медицине неоценимую услугу в вопросах диагностики нарушений работы сердца. Так при наличии в мышце сердца рубца после перенесенного ранее заболевания, вызванного нарушением кровообращения в сердечной мышце (инфаркт миокарда), соответствующий участок сердца не охватывается возбуждением; это четко выявляется на электрокардиограмме по изменениям формы зубцов (рис. 26).

Рис. 25. Схема наложения электродов для получения электрокардиограммы при стандартных отведениях (1, 2, 3) и кривые, получаемые при этих отведениях

Рис. 26. Электрокардиограммы, характерные для ранних сроков инфаркта миокарда

Телеэлектрокардиография

Большие возможности для оценки деятельности сердца появились с развитием телеметрии. Телеметрия — это метод передачи биологической информации на расстояние. Телеэлектрокардиограф дает возможность наблюдать за деятельностью сердца у спортсменов во время соревнований, у рабочих при выполнении трудовых операций, у космонавтов во время тренировок и космических полетов. При телеметрии широко используют радиосвязь. Электроды, укрепленные на коже обследуемого человека, соединяются с радиопередатчиком, находящимся в кармане или в специальном легком шлеме, который надевают на голову (рис. 27), Сигналы радиопередатчикапринимаются радиоприемником, находящимся в телеэлектрокардиографе, преобразуются и записываются на движущейся бумажной ленте в виде электрокардиограммы.

Рис. 27. Радиопередатчик для регистрации электрокардиограммы, укрепленный в шлеме на голове человека

Современные радиотелеметрические системы космических кораблей относятся к числу бортовых. Здесь передатчик находится на небольшом расстоянии от обследуемого человека и связан с ним проводами.

Дальность действия телеметрических систем разная. Это зависит от мощности передатчика и чувствительности приемника. Удалось, например, передать по радио в Москву электрокардиограммы нескольких членов экипажа с советской плавучей рыболовецкой базы в Атлантике.

В клинике телеметрия позволяет вести наблюдения за различными функциями организма, не тревожа больного, — во время сна, еды, прогулки, чтения. Это придает большую объективность получаемой медицинской информации.

4. Движение крови по сосудам

Непрерывность движения крови

Сердце сокращается ритмично, поэтому кровь поступает в кровеносные сосуды порциями. Однако по кровеносным сосудам кровь течет непрерывным потоком. Непрерывный ток крови в сосудах объясняется эластичностью стенок артерий и сопротивлением току крови, возникающим в мелких кровеносных сосудах. Благодаря этому сопротивлению кровь задерживается в крупных сосудах и вызывает растяжение их стенок. Растягиваются стенки артерий и при поступлении крови под давлением из сокращающихся желудочков сердца при систоле. Во время диастолы кровь из сердца в артерии не поступает, стенки сосудов, отличающиеся эластичностью, спадаются и продвигают кровь, обеспечивая непрерывное движение ее по кровеносным сосудам.

Таблица I. Кровь: А — вид крови под микроскопом: 1 — эритроциты; 2 — лейкоцит; Б — окрашенный препарат крови (внизу — различные виды белых телец при большом увеличении); В — эритроциты человека (вверху) и лягушки (внизу) при одинаковом увеличении; Г — кровь, предохраненная от свертывания, после длительного отстаивания; между верхним слоем (плазмой) и нижним слоем (эритроцитами) виден тонкий беловатый слой лейкоцитов

Таблица II. Мазок крови человека: 1 — эритроциты; 2 — нейтрофильные лейкоциты; 3 — эозинофильный лейкоцит; 4 — базофильныи лейкоцит; 5 — большой лимфоцит; 6 — средний лимфоцит; 7 — малый лимфоцит; 8 — моноцит; 9 — кровяные пластинки

Причины движения крови по сосудам

Кровь движется по сосудам благодаря сокращениям сердца и разнице давления крови, устанавливающейся в разных частях сосудистой системы. В крупных сосудах сопротивление току крови невелико, с уменьшением диаметра сосудов оно возрастает.

Преодолевая трение, обусловленное вязкостью крови, последняя утрачивает часть энергии, сообщенной ей сокращающимся сердцем. Давление крови постепенно снижается. Разность давления крови в различных участках кровеносной системы служит практически основной причиной движения крови в кровеносной системе. Кровь течет от места, где ее давление выше, туда, где давление крови ниже.

Кровяное давление

Давление, под которым кровь находится в кровеносном сосуде, называют кровяным давлением. Оно определяется работой сердца, количеством крови, поступающим в сосудистую систему, сопротивлением стенок сосудов, вязкостью крови.

Наиболее высокое кровяное давление — в аорте. По мере продвижения крови по сосудам давление ее снижается. В крупных артериях и венах сопротивление току крови небольшое, и давление крови в них уменьшается постепенно, плавно. Наиболее заметно снижается давление в артериолах и капиллярах, где сопротивление току крови самое большое.

Кровяное давление в кровеносной системе меняется. Во время систолы желудочков кровь с силой выбрасывается в аорту, давление крови при этом наибольшее. Это наивысшее давление называют систолическим или максимальным. Оно возникает в связи с тем, что из сердца в крупные сосуды при систоле притекает больше крови, чем ее оттекает на периферию. В фазе диастолы сердца артериальное давление понижается и становится диастолическим, или минимальным.

Измерение кровяного давления у человека производят с помощью сфигмоманометра. Этот прибор состоит из полой резиновой манжеты, соединенной с резиновой грушей и ртутным манометром (рис. 28). Манжету укрепляют на обнаженном плече испытуемого и резиновой грушей нагнетают в нее воздух, для того чтобы сжать манжетой плечевую артерию и остановить в ней ток крови. В локтевом сгибе прикладывают фонендоскоп, чтобы можно было прослушать движение крови в артерии. Пока в манжету не поступил воздух, кровь по артерии течет бесшумно, никаких звуков через фонендоскоп не прослушивается. После того как в манжету накачают воздух и манжета сожмет артерию и остановит ток крови, при помощи специального винта медленно выпускают воздух из манжеты до тех пор, пока через фонендоскоп не прослушается четкий прерывистый звук (туп-туп). При появлении этого звука смотрят на шкалу ртутного манометра, отмечают показание его в миллиметрах ртутного столба и считают это величиной систолического (максимального) давления.

Рис. 28. Измерение кровяного давления у человека

Если продолжать выпускать воздух из манжеты, то вначале звук сменяется шумом, постепенно ослабевающим, и наконец совсем исчезает. В момент исчезновения звука отмечают высоту ртутного столба в манометре, что соответствует диастолическому (минимальному) давлению. Время, в течение которого производится измерение давления, не должно быть более 1 мин, так как в противном случае может быть нарушено кровообращение в руке ниже места наложения манжеты.

Вместо сфигмоманометра для определения величины кровяного давления можно пользоваться тонометром. Принцип действия его такой же, как и сфигмоманометра, только в тонометре манометр пружинный.

Опыт 13

Определите величину кровяного давления у своего товарища в состоянии покоя. Запишите величины максимального и минимального кровяного давления у него. А теперь попросите товарища сделать подряд 30 глубоких приседаний и после этого снова определите величину кровяного давления. Сравните полученные величины кровяного давления после приседаний с величинами давления крови в состоянии покоя.

В плечевой артерии человека систолическое давление составляет 110-125 мм рт. ст., а диастолическое — 60-85 мм рт. ст. У детей давление крови значительно ниже, чем у взрослых. Чем меньше ребенок, тем у него больше капиллярная сеть и шире просвет кровеносной системы, а следовательно, и ниже давление крови. После 50 лет максимальное давление повышается до 130-145 мм рт. ст.

В мелких артериях и артериолах из-за большого сопротивления току крови кровяное давление резко снижается и составляет 60-70 мм рт. ст., в капиллярах оно еще ниже — 30-40 мм рт. ст., в мелких венах составляет 10-20 мм рт. ст., а в верхней и нижней полых венах в местах впадения их в сердце давление крови становится отрицательным, т. е. ниже атмосферного давления на 2-5 мм рт. ст.

При нормальном течении жизненных процессов у здорового человека величина кровяного давления поддерживается на постоянном уровне. Кровяное давление, повысившееся при физической нагрузке, нервном напряжении и в других случаях, вскоре возвращается к норме.

В поддержании постоянства кровяного давления важная роль принадлежит нервной системе.

Определение величины кровяного давления имеет диагностическое значение и широко используется в медицинской практике.

Скорость движения крови

Подобно тому как река течет быстрее в своих суженных участках и медленнее там, где она широко разливается, кровь течет быстрее там, где суммарный просвет сосудов самый узкий (в артериях), и медленнее всего там, где суммарный просвет сосудов самый широкий (в капиллярах).

В кровеносной системе самой узкой частью является аорта, в ней самая большая скорость течения крови. Каждая артерия уже аорты, но суммарный просвет всех артерий человеческого тела больше, чем просвет аорты. Суммарный просвет всех капилляров в 800-1000 раз больше просвета аорты. Соответственно и скорость движения крови в капиллярах в тысячу раз медленнее, чем в аорте. В капиллярах кровь течет со скоростью 0,5 мм/сек, а в аорте — 500 мм/сек. Медленный ток крови в капиллярах способствует обмену газов, а также переходу питательных веществ из крови и продуктов распада из тканей в кровь.

Общий просвет вен уже, чем суммарный просвет капилляров, поэтому скорость движения крови в венах больше, чем в капиллярах, и составляет 200 мм/сек.

Движение крови по венам

Стенки вен, в отличие от артерий, тонкие, мягкие и легко сдавливаются. По венам кровь течет к сердцу. Во многих частях тела в венах есть клапаны в виде кармашков. Открываются клапаны только в сторону сердца и препятствуют обратному току крови (рис. 29). Давление крови в венах невысокое (10-20 мм рт. ст.), и поэтому движение крови по венам происходит в значительной степени за счет давления окружающих органов (мышц, внутренних органов) на податливые стенки.

Каждый знает, что неподвижное состояние тела вызывает потребность "размяться", что связано е застоем крови в венах. Вот почему так полезна утренняя и производственная гимнастика, способствующая улучшению кровообращения и ликвидации застоя крови, который возникает в некоторых частях тела во время сна и продолжительного пребывания в рабочей позе.

Определенная роль в движении крови по венам принадлежит присасывающей силе грудной полости. При вдохе увеличивается объем грудной полости, это приводит к растяжению легких, растягиваются и полые вены, проходящие в грудной полости к сердцу. При растяжении стенок вен их просвет расширяется, давление в них становится ниже атмосферного, отрицательным. В более мелких венах давление остается 10-20 мм рт. ст. Возникает значительная разница давлений в мелких и крупных венах, что способствует продвижению крови в нижней и верхней полых венах к сердцу.

Рис. 29. Схема действия венозных клапанов: слева — мышца расслаблена, справа — сокращена; 1 — вена, нижняя часть которой вскрыта; 2 — венозные клапаны; 3 — мышца. Черные стрелки — давление сократившейся мышцы на вену; белые стрелки — движение крови по вене

Кровообращение в капиллярах

В капиллярах совершается обмен веществ между кровью и тканевой жидкостью. Густая сеть капилляров пронизывает все органы нашего тела. Стенки капилляров очень тонкие (толщина их 0,005 мм), через них легко проникают различные вещества из крови в тканевую жидкость и из нее в кровь. Кровь по капиллярам течет очень медленно и успевает отдавать тканям кислород и питательные вещества. Поверхность соприкосновения крови со стенками сосудов в капиллярной сети в 170 000 раз больше, чем в артериях. Известно, что длина всех капилляров взрослого человека больше 100 000 км. Просвет капилляров так узок, что через него может проходить только один эритроцит, и то несколько сплющиваясь. Это создает благоприятные условия для отдачи кровью кислорода тканям.

Опыт 14

Пронаблюдайте движение крови в капиллярах плавательной перепонки лягушки. Обездвижьте лягушку, поместив ее в банку с крышкой, куда бросьте ватку, смоченную эфиром. Сразу, как только прекратится двигательная активность лягушки (чтобы не передозировать наркоз), выньте ее из банки и приколите булавками к дощечке спинкой кверху. В дощечке должно быть отверстие, над отверстием осторожно булавками растяните плавательную перепонку задней лапки лягушки (рис. 30). Не рекомендуется сильно растягивать плавательную перепонку: при сильном натяжении могут оказаться сдавленными кровеносные сосуды, что приведет к остановке кровообращения в них. Во время опыта лягушку смачивайте водой.

Рис. 30. Фиксация органов лягушки для наблюдения кровообращения под микроскопом

Рис. 31. Микроскопическая картина кровообращения в плавательной перепонке лапки лягушки: 1 — артерия; 2 — артериолы при малом и 3 — при большом увеличении; 4 — капиллярная сеть при малом и 5 — при большом увеличении; 6 — вена; 7 — венулы; 8 — пигментные клетки

Можно также обездвижить лягушку, плотно обернув ее мокрым бинтом так, чтобы одна из ее задних конечностей осталась свободной. Чтобы лягушка эту свободную заднюю конечность не сгибала, к ней прикладывают небольшую палочку, которую прибинтовывают к конечности также влажным бинтом. Плавательная перепонка лапки лягушки остается свободной.

Поместите дощечку с растянутой плавательной перепонкой под микроскоп и сначала при малом увеличении найдите сосуд, в котором эритроциты медленно передвигаются "гуськом". Это капилляр. Рассмотрите его под большим увеличением. Обратите внимание, что кровь движется в сосудах непрерывно (рис. 31).

5. Регуляция кровообращения

Иннервация сердца и сосудов

Деятельность сердца регулируется двумя парами нервов: блуждающими и симпатическими (рис. 32). Блуждающие нервы берут начало в продолговатом мозге, а симпатические нервы отходят от шейного симпатического узла. Блуждающие нервы тормозят сердечную деятельность. Если начать раздражать блуждающий нерв электрическим током, то происходит замедление и даже остановка сердечных сокращений (рис. 33). После прекращения раздражения блуждающего нерва работа сердца восстанавливается.

Рис. 32. Схема иннервации сердца

Рис. 33. Влияние раздражения блуждающего нерва на сердце лягушки

Рис. 34. Влияние раздражения симпатического нерва на сердце лягушки

Под влиянием импульсов, поступающих к сердцу по симпатическим нервам, учащается ритм сердечной деятельности и усиливается каждое сердечное сокращение (рис. 34). При этом возрастает систолический, или ударный, объем крови.

Если собака находится в спокойном состоянии, ее сердце сокращается от 50 до 90 раз в 1 мин. Если перерезать все нервные волокна, направляющиеся к сердцу, сердце сокращается теперь 120- 140 раз в 1 мин. Если перерезать только блуждающие нервы сердца, ритм сердца возрастет до 200-250 ударов в 1 мин. Это связано с влиянием сохранившихся симпатических нервов. Сердце человека и многих животных находится под постоянным сдерживающим влиянием блуждающих нервов.

Блуждающий и симпатический нервы сердца обычно действуют согласованно: если повышается возбудимость центра блуждающего нерва, то соответственно понижается возбудимость центра симпатического нерва.

Во время сна, в состоянии физического покоя организма сердце замедляет свой ритм за счет усиления влияния блуждающего нерва и некоторого снижения: влияния симпатического нерва. Во время физической работы ритм сердца учащается. При этом происходит усиление влияния симпатического нерва и снижение влияния блуждающего нерва на сердце. Таким путем обеспечивается экономный режим работы сердечной мышцы.

Изменение просвета кровеносных сосудов происходит под влиянием импульсов, передающихся на стенки сосудов по сосудосуживающим нервам. Импульсы, поступающие по этим нервам, возникают в продолговатом мозге в сосудодвигательном центре. Открытие и описание деятельности этого центра принадлежит Ф. В. Овсянникову.

Овсянников Филипп Васильевич (1827-1906) — выдающийся русский физиолог и гистолог, действительный член Российской Академии наук, учитель И. П. Павлова. Ф. В. Овсянников занимался изучением вопросов регуляции кровообращения. В 1871 г. он открыл сосудодвигательный центр в продолговатом мозге. Овсянников изучал механизмы регуляции дыхания, свойства нервных клеток, способствовал разработке рефлекторной теории в отечественной медицине.

Рефлекторные влияния на деятельность сердца и сосудов

Ритм и сила сердечных сокращений меняются в зависимости от эмоционального состояния человека, выполняемой им работы. Состояние человека влияет и на кровеносные сосуды, меняя их просвет. Вы часто видите, как при страхе, гневе, физических напряжениях человек либо бледнеет, либо, напротив, краснеет.

Работа сердца и просвет кровеносных сосудов связаны с потребностями организма, его органов и тканей в обеспечении их кислородом и питательными веществами. Приспособление деятельности сердечно-сосудистой системы к тем условиям, в которых находится организм, осуществляется нервным и гуморальным регуляторными механизмами, которые обычно функционируют взаимосвязанно. Нервные влияния, регулирующие деятельность сердца и кровеносных сосудов, передаются к ним из центральной нервной системы по центробежным нервам. Раздражением любых чувствительных окончаний можно рефлекторно вызвать урежение или учащение сокращений сердца. Тепло, холод, укол и другие раздражения вызывают в окончаниях центростремительных нервов возбуждение, которое передается в центральную нервную систему и оттуда по блуждающему или симпатическому нерву достигает сердца.

Опыт 15

Обездвижьте лягушку так, чтобы у нее сохранился продолговатый мозг. Спинной мозг не разрушайте! Приколите лягушку к дощечке брюшком вверх. Обнажите сердце. Подсчитайте количество сокращений сердца в 1 мин. Затем пинцетом или ножницами ударьте лягушку по брюшку. Подсчитайте число сокращений сердца за 1 мин. Деятельность сердца после удара по брюшку замедляется или даже временно останавливается. Происходит это рефлекторно. Удар по брюшку вызывает возникновение возбуждения в центростремительных нервах, которое через спинной мозг достигает центра блуждающих нервов. Отсюда возбуждение по центробежным волокнам блуждающего нерва достигает сердца и тормозит или останавливает его сокращения.

Объясните, почему в этом опыте у лягушки нельзя разрушать спинной мозг.

Можно ли вызвать остановку сердца лягушки при ударе ее по брюшку, если удалить продолговатый мозг?

Центробежные нервы сердца получают импульсы не только из продолговатого и спинного мозга, но и из вышележащих отделов центральной нервной системы, в том числе и из коры больших полушарий головного мозга. Известно, что боль вызывает учащение сердечных сокращений. Если ребенку при лечении делали уколы, то у него только вид белого халата условнорефлекторно будет вызывать учащение сердцебиения. Об этом же свидетельствует изменение сердечной деятельности у спортсменов перед стартом, у учащихся и студентов — перед экзаменами.

Рис. 35. Строение надпочечников: 1 — наружный, или корковый, слой, в котором вырабатываются гидрокортизон, кортикостерон, альдостерон и другие гормоны; 2 — внутренний слой, или мозговое вещество, в котором образуются адреналин и норадреналин

Импульсы из центральной нервной системы передаются одновременно по нервам к сердцу и из сосудодвигательного центра по другим нервам к кровеносным сосудам. Поэтому обычно на раздражение, поступившее из внешней или внутренней среды организма, рефлекторно отвечают и сердце и сосуды.

Гуморальная регуляция кровообращения

На деятельность сердца и сосудов оказывают влияние химические вещества, находящиеся в крови. Так, в железах внутренней секреции — надпочечниках — вырабатывается гормон адреналин (рис. 35). Он учащает и усиливает деятельность сердца и суживает просвет кровеносных сосудов.

В нервных окончаниях парасимпатических нервов образуется, ацетилхолин, который расширяет просвет кровеносных сосудов и замедляет и ослабляет сердечную деятельность. На работу сердца оказывают влияние и некоторые соли. Увеличение концентрации ионов калия тормозит работу сердца, а увеличение концентрации ионов кальция вызывает учащение и усиление деятельности сердца.

Гуморальные влияния тесно связаны с нервной регуляцией деятельности системы кровообращения. Выделение химических веществ в кровь и поддержание их определенной концентраций в крови регулируется нервной системой.

Деятельность всей системы кровообращения направлена на обеспечение организма в разных условиях необходимым количеством кислорода и питательных веществ, выведение из клеток и органов продуктов обмена, сохранение на постоянном уровне кровяного давления. Это создает условия для сохранения постоянства внутренней среды организма.

6. Операции на сердце

Искусственное кровообращение

Операции на сердце относятся к крупнейшим достижениям современной медицины. Эти операции стали возможными только благодаря развитию соответствующей техники и совершенствованию хирургических методов, особенно после разработки методики операций на открытом "сухом" сердце, которое на время операции останавливают и выключают из кровообращения целого организма, пока хирургическим путем устраняют имеющиеся дефекты. Хорошее обезболивание (анестезия) также является одним из важных факторов, обеспечивающих безопасность операций на сердце. В настоящее время разработано много различных способов обезболивания. Появилась даже особая медицинская специальность — врач-анестезиолог.

Рис. 36. Аппарат искусственного кровообращения (схема): 1 — искусственное легкое; 2 — вена; 3 -насос; 4 — теплообменник; 5 — артерия

При операциях на сердце часто только одно прикосновение к нему вызывает остановку сокращений, а разрез, даже маленький, приводит к опустошению полостей сердца, и больной погибает. От остановки сердца при операции тяжело страдают функции всех органов и появляется реальная угроза жизни. Все органы человека чувствительны к недостаточному поступлению крови. Это и понятно, ведь кровь доставляет органам кислород и питательные вещества, необходимые для жизни. Особенно чувствителен к нарушению снабжения кровью мозг. Через 4-5 мин после прекращения снабжения кровью клетки головного мозга погибают. Именно это и послужило причиной разработки метода искусственного кровообращения.

Искусственное кровообращение — это временная замена нагнетательной функции сердца специальным аппаратом. Первый такой аппарат искусственного кровообращения, названный автожектором, сконструировал и изготовил советский ученый-изобретатель С. С. Брюхоненко в 1924 г.

Брюхоненко Сергей Сергеевич (1890-1960) — выдающийся советский ученый-физиолог и талантливый изобретатель, автор метода и первого аппарата искусственного кровообращения целого организма. Мировую известность получили опыты С. С. Брюхоненко с изолированной головой собаки.

Современный аппарат искусственного кровообращения (АИК, рис. 36) представляет собой сложное техническое устройство, которое не только перекачивает кровь, но и обогащает ее кислородом. Практически это искусственный аппарат "сердце — легкие". С помощью специальных пластмассовых трубок его подключают к организму больного. Из тела больного кровь поступает в аппарат. Чтобы она не свернулась в трубках и камерах аппарата, в нее вводят противосвертывающее вещество гепарин. В аппарате кровь поступает в искусственные легкие. Здесь кровь насыщается кислородом и освобождается от углекислого газа. Отсюда обогащенная кислородом кровь поступает в камеру насоса с пластмассовыми стенками (предохраняют от свертывания!), который и нагнетает ее в артерии больного. Понятно, что аппарат искусственного кровообращения надежно стерилизуют. С помощью такого аппарата у больного можно на время операции полностью остановить сердце, освободив его от крови (операция на "сухом" сердце).

При помощи сходного аппарата осуществляют и местное кровообращение в отдельных частях тела при лечении некоторых злокачественных опухолей. Пережимая кровеносные сосуды, выключают подвергнутую лечению часть тела из общего кровообращения организма и добавляют в циркулирующую в ней кровь противоопухолевые препараты в концентрациях, во много раз превышающих допустимые для целого организма.

Для того чтобы при длительных операциях снизить потребность тканей организма в кислороде, прибегают к специальному охлаждению крови в теплообменниках. При охлаждении организма (гипотермии) снижается интенсивность обмена веществ в тканях, что дает возможность на время уменьшить их снабжение кровью.

Гипотермия

Метод гипотермии при операциях на сердце применяют около 20 лет. Температуру тела человека снижают до 30,5- 31° С. Достигают этого различными способами. Вводят в организм лекарственные вещества, снижающие обменные процессы. Больному дают наркоз, после чего его погружают в ванну со льдом или на тело надевают специальный скафандр, по трубкам которого протекает охлаждающий раствор. Изучаются и другие методы гипотермии.

После операции больного обкладывают грелками и постепенно доводят температуру тела до 37-38° С.

Дефибрилляторы

Чтобы восстановить работу остановленного на время операции сердца, иногда достаточно применить легкий массаж. При этом врач ритмично сжимает сердце руками. Но иногда этого оказывается недостаточно. Может случиться и так, что сердце, возобновив свою деятельность после операции, через несколько часов начинает беспорядочно сокращаться или совсем останавливается. Для восстановления сокращений остановившегося или судорожно подергивающегося (фибриллирующего) сердца применяют дефибрилляторы. Аппарат для дефибрилляции сердца генерирует одиночный импульс продолжительностью 0,01 сек. На поверхность грудной клетки накладывают электроды, и через тело человека пропускают конденсаторный разряд напряжением 4-5 тыс. в. Разряд такого напряжения вызывает одновременное возбуждение всех волокон мышцы сердца, в связи с чем восстанавливаются сердечные сокращения. Кратковременное пропускание тока такого высокого напряжения безопасно для человека.

Вопросы и задание к главе "Кровообращение"

1. Почему в сердце сокращения чередуются с расслаблениями?

2. Кровь из сердца выбрасывается толчками, а в артериях она движется непрерывно. Почему?

3. От чего зависит величина кровяного давления?

4. Какое значение имеет замедление тока крови в капиллярах?

5. Что заставляет кровь двигаться по кровеносным сосудам к сердцу?

6. Прощупайте пульсовые толчки на лучевой артерии. Подсчитайте пульс за 1 мин. Теперь сделайте 30 приседаний и снова подсчитайте пульс. Как изменился пульс после физической нагрузки? Объясните это явление.

Глава IV. Дыхание

1. Газообмен в легких и тканях

Значение дыхания

Дыхание — жизненно необходимый процесс постоянного обмена газами между организмом и окружающей его внешней средой. В процессе дыхания человек поглощает из окружающей среды кислород и выделяет углекислый газ.

Почти все сложные реакции превращения веществ в организме идут с обязательным участием кислорода. Без кислорода невозможен обмен веществ, и для сохранения жизни необходимо постоянное поступление кислорода. В клетках и тканях в результате обмена веществ образуется углекислый газ, который должен быть удален из организма. Накопление значительного количества углекислого газа внутри организма опасно. Углекислый газ выносится кровью к органам дыхания и выдыхается. Кислород, поступающий в органы дыхания при вдохе, диффундирует в кровь и кровью доставляется к органам и тканям.

В организме человека и животных нет запасов кислорода, и поэтому непрерывное поступление его в организм является жизненной необходимостью. Если человек в необходимых случаях может прожить без пищи более месяца, без воды до 10 дней, то при отсутствии кислорода необратимые изменения наступают уже через 5-7 мин.

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха

Производя попеременно вдох и выдох, человек вентилирует легкие, поддерживая в легочных пузырьках (альвеолах) относительно постоянный газовый состав. Человек дышит атмосферным воздухом с большим содержанием кислорода (20,9%) и низким содержанием углекислого газа (0,03%), а выдыхает воздух, в котором кислорода 16,3%, углекислого газа 4% (табл. 8).

Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава атмосферного, вдыхаемого воздуха. В нем меньше кислорода (14,2%) и большое количество углекислого газа (5,2%).

Азот и инертные газы, входящие в состав воздуха, в дыхании участия не принимают, и их содержание во вдыхаемом, выдыхаемом и альвеолярном воздухе практически одинаково.

Таблица 8. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха

Почему в выдыхаемом воздухе кислорода содержится больше, чем в альвеолярном? Объясняется это тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания, в воздухоносных путях.

Парциальное давление и напряжение газов

В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови поступает в легкие. Переход газов из воздуха в жидкость и из жидкости в воздух происходит за счет разницы парциального давления этих газов в воздухе и жидкости. Парциальным давлением называют часть общего давления, которая приходится на долю данного газа в газовой смеси. Чем выше процентное содержание газа в смеси, тем соответственно выше его парциальное давление. Атмосферный воздух, как известно, является смесью газов. Давление атмосферного воздуха 760 мм рт. ст. Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 20,94% от 760 мм, т. е. 159 мм; азота — 79,03% от 760 мм, т. е. около 600 мм; углекислого газа в атмосферном воздухе мало — 0,03%, поэтому и парциальное давление его составляет 0,03% от 760 мм — 0,2 мм рт. ст.

Для газов, растворенных в жидкости, употребляют термин "напряжение", соответствующий термину "парциальное давление", применяемому для свободных газов. Напряжение газов выражается в тех же единицах, что и давление (в мм рт. ст.). Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем напряжение этого газа в жидкости, то газ растворяется в жидкости.

Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе 100-105 мм рт. ст., а в притекающей к легким крови напряжение кислорода в среднем 60 мм рт. ст., поэтому в легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь.

Движение газов происходит по законам диффузии, согласно которым газ распространяется из среды с высоким парциальным давлением в среду с меньшим давлением.

Газообмен в легких

Переход в легких кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и поступление углекислого газа из крови в легкие подчиняются описанным выше закономерностям.

Благодаря работам великого русского физиолога Ивана Михайловича Сеченова стало возможно изучение газового состава крови и условий газообмена в легких и тканях.

Газообмен в легких совершается между альвеолярным воздухом и кровью путем диффузии. Альвеолы легких оплетены густой сетью капилляров. Стенки альвеол и капилляров очень тонкие, что способствует проникновению газов из легких в кровь и наоборот. Газообмен зависит от величины поверхности, через которую осуществляется диффузия газов, и разности парциального давления (напряжения) диффундирующих газов. При глубоком вдохе альвеолы растягиваются, и их поверхность достигает 100-105 м². Так же велика и поверхность капилляров в легких. Есть, и достаточная, разница между парциальным давлением газов в альвеолярном воздухе и напряжением этих газов в венозной крови (табл. 9).

Таблица 9. Парциальное давление кислорода и углекислого газа во вдыхаемом и альвеолярном воздухе и их напряжение в крови

Из таблицы 9 следует, что разность между напряжением газов в венозной крови и их парциальным давлением в альвеолярном воздухе составляет для кислорода 110 — 40 = 70 мм рт. ст., а для углекислого газа 47 — 40 = 7 мм рт. ст.

Опытным путем удалось установить, что при разнице напряжения кислорода в 1 мм рт. ст. у взрослого человека, находящегося в покое, в кровь может поступить 25-60 мл кислорода в 1 мин. Человеку в покое нужно примерно 25-30 мл кислорода в 1 мин. Следовательно, разность давлений кислорода в 70 мм рт. ст, достаточна для обеспечения организма кислородом при разных условиях его деятельности: при физической работе, спортивных упражнениях и др.

Скорость диффузии углекислого газа из крови в 25 раз больше, чем кислорода, поэтому при разности давлений в 7 мм рт. ст., углекислый газ успевает выделиться из крови.

Перенос газов кровью

Кровь переносит кислород и углекислый газ. В крови, как и во всякой жидкости, газы могут находиться в двух состояниях: в физически растворенном и химически связанном. И кислород и углекислый газ в очень небольшом количестве растворяются в плазме крови. Большая часть кислорода и углекислого газа переносится в химически связанном виде.

Основной переносчик кислорода — гемоглобин крови. 1 г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Гемоглобин обладает способностью вступать в соединение с кислородом, образуя оксигемоглобин. Чем выше парциальное давление кислорода, тем больше образуется оксигемоглобина. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода 100-110 мм рт. ст. При таких условиях 97% гемоглобина крови связывается с кислородом. Кровь приносит к тканям кислород в виде оксигемоглобина. Здесь парциальное давление кислорода низкое, и оксигемоглобин — соединение непрочное — высвобождает кислород, который используется тканями. На связывание кислорода гемоглобином оказывает влияние и напряжение углекислого газа. Углекислый газ уменьшает способность гемоглобина связывать кислород и способствует диссоциации оксигемоглобина. Повышение температуры также уменьшает возможности связывания гемоглобином кислорода. Известно, что температура в тканях выше, чем в легких. Все эти условия помогают диссоциации оксигемоглобина, в результате чего кровь отдает высвободившийся из химического соединения кислород в тканевую жидкость.

Свойство гемоглобина связывать кислород имеет жизненно важное значение для организма. Иногда люди гибнут от недостатка кислорода в организме, окруженные самым чистым воздухом. Это может случиться с человеком, оказавшимся в условиях пониженного давления (на больших высотах), где в разреженной атмосфере очень низкое парциальное давление кислорода. 15 апреля 1875 г. воздушный шар "Зенит", на борту которого находились три воздухоплавателя, достиг высоты 8000 м. Когда шар приземлился, то в живых остался только один человек. Причиной гибели людей было резкое снижение парциального давления кислорода на большой высоте. На больших высотах (7-8 км) артериальная кровь по своему газовому составу приближается к венозной; все ткани тела начинают испытывать острый недостаток в кислороде, что и приводит к тяжелым последствиям. Подъем на высоту более 5000 м обычно требует пользования особыми кислородными приборами.

При специальной тренировке организм может приспосабливаться к пониженному содержанию кислорода в атмосферном воздухе. У тренированного человека углубляется дыхание, увеличивается количество эритроцитов в крови за счет усиленного образования их в кроветворных органах и поступления из депо крови. Кроме того, усиливаются сердечные сокращения, что приводит к увеличению минутного объема крови.

Для тренировки широко применяют барокамеры.

Углекислый газ переносится кровью в виде химических соединений — бикарбонатов натрия и калия. Связывание углекислого газа и отдача его кровью зависят от его напряжения в тканях и крови.

Кроме того, в переносе углекислого газа участвует гемоглобин крови. В капиллярах тканей гемоглобин вступает в химическое соединение с углекислым газом. В легких это соединение распадается с освобождением углекислого газа. Около 25-30% выделяемого в легких углекислого газа переносит гемоглобин.

2. Дыхательные движения

Акты вдоха и выдоха

Сразу же после рождения ребенок делает первый в своей жизни вдох и начинает кричать. Кричит он не от обиды и не для того, чтобы сообщить всем, что на свет появился еще один человек. До рождения ребенок не дышит, и его легкие находятся в спавшемся состоянии. Очень важно, чтобы после рождения они хорошо наполнились воздухом и расправились. Если крик новорожденного громкий, настойчивый, врачи-акушеры знают — этот ребенок здоров. Дети, которые кричат слабо, требуют особого внимания, так как, вероятно, легкие у них расправились не полностью и возможны различные осложнения (например, частые воспаления легких в дальнейшем). С момента первого вдоха устанавливается регулярное дыхание, которое сохраняется в течение всей жизни.

Благодаря ритмично совершающимся актам вдоха и выдоха происходит обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом, находящимся в легочных пузырьках.

В легких нет мышечной ткани, и поэтому они не могут активно сокращаться. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит скелетным дыхательным мышцам. При параличе дыхательных мышц дыхание становится невозможным, хотя органы дыхания при этом не поражены.

При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма. Межреберные мышцы приподнимают ребра и отводят их несколько в стороны. Объем грудной полости при этом увеличивается в направлении спереди назад и в стороны (рис. 37). При сокращении диафрагмы ее купол уплощается (рис. 38). Опускание диафрагмы вызывает увеличение объема грудной клетки в направлении сверху вниз. При глубоком дыхании принимают участие мышцы груди и шеи.

Рис. 37. Положение ребра во время вдоха (пунктирная линия) и выдоха (сплошная линия)

Рис. 38. Положение диафрагмы во время вдоха и выдоха

Легкие снаружи покрыты тоненькой пленкой из соединительной ткани — легочной плеврой. Внутренняя стенка грудной полости выстлана пристенной плеврой. Узкое пространство между ними заполнено плевральной жидкостью, уменьшающей трение легких о стенки грудной полости при дыхании. Легкие, находясь в герметически закрытой грудной полости, пассивно следуют во время вдоха и выдоха за ее движущимися стенками. Грудная клетка новорожденного растет быстрее, чем легкие, отчего легкие постоянно (даже при выдохе) растянуты. Растянутая эластическая ткань легких стремится сжаться. Сила, с которой ткань легкого стремится сжаться за счет эластичности, противодействует атмосферному давлению. Атмосферное давление действует на легкие изнутри через воздухоносные пути, растягивает их, прижимает к грудной стенке, и они заполняют плевральную полость.

Рис. 39. Схема опыта, иллюстрирующего наличие отрицательного давления с плевральной полости: 1 — левое легкое; 2 — сердце; 3 — плевра; 4 — диафрагма; 5 — игла, введенная в плевральную полость; 6 — барабан кимографа; d и d1 — уровень ртути в коленах манометра

Давление в плевральной полости можно измерить, проколов грудную стенку полой иглой, соединенной с манометром (рис. 39). Как только игла попадет в плевральную полость, манометр покажет давление ниже атмосферного. Такое давление часто называют отрицательным, условно принимая атмосферное давление за нулевое. Оставаясь все время ниже атмосферного, давление в плевральной полости меняется: во время вдоха это давление ниже атмосферного на 9-12 мм рт. ст., а во время выдоха — на 2-6 мм рт. ст. За счет этого отрицательного давления в плевральной полости легкие следуют за расширившейся грудной клеткой. Легкие при этом растягиваются. В растянутом легком давление становится ниже атмосферного, и за счет разницы давления атмосферный воздух через дыхательные пути устремляется в легкие. Чем больше увеличивается при вдохе объем грудной клетки, тем больше растягиваются легкие, тем глубже вдох.

При расслаблении дыхательных мышц ребра опускаются до исходного положения, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки, а следовательно, и легких уменьшается и воздух выдыхается наружу. В глубоком выдохе принимают участие мышцы живота, внутренние межреберные и другие мышцы.

Если в плевральную полость при ранении, внутригрудных операциях, переломах и т. д. попадает воздух, то давление в ней становится равным атмосферному, легкое спадается и перестает принимать участие в дыхании. Если воздух попадает в плевральную полость с двух сторон, то человек может погибнуть от удушья. Поступление воздуха в плевральную полость называют пневмотораксом. Частичный пневмоторакс находит применение при лечении туберкулеза легких.

Глубина и частота дыхания

Частота дыхания у человека непостоянна. Новорожденный ребенок совершает до 50 дыхательных движений в 1 мин. У двух-, трехлетних детей частота дыхания снижается до 30, а у подростка она составляет 18-20 дыхательных движений в 1 мин. Взрослый человек делает в среднем 16-18 дыхательных движений в 1 мин.

При мышечной работе дыхание учащается в 2-3 раза, При некоторых видах спортивных упражнений частота дыхания может быть 40- 45 раз в 1 мин.

Опыт 16

Дыхательные движения можно зарегистрировать. Резиновую манжету (можно использовать манжету от прибора для измерения кровяного давления) укрепите на самой подвижной части грудной клетки. В зависимости от типа дыхания это будет либо нижняя (брюшной тип дыхания), либо средняя треть грудной клетки (грудной тип дыхания). Через отводную трубку тройника вдуйте немного воздуха в манжету. Метод основан на принципе воздушной передачи (рис. 40).

При расширении грудной клетки во время вдоха воздух в манжете сдавливается. Это давление через резиновую трубку передается в капсулу и заставляет подниматься писчик вверх. (Обязательным условием является герметичность всей системы, заполненной воздухом.) Писчик подведите по касательной к закопченной поверхности барабана кимографа и направьте в сторону вращения барабана. Писчик пишет на барабане кривую, подъем на которой соответствует вдоху, а спуск — выдоху.

src="/i/64/483764/img_51.jpeg">

Рис. 40. Запись дыхательных движений человека

Получаемая запись дыхательных движений позволяет судить о частоте, глубине, ритмичности дыхания, на ней видна задержка дыхания. Необходимо добиться хорошей четкой записи дыхательных движений (следует попробовать ослабить или затянуть завязки на манжете, увеличить или уменьшить количество воздуха в ней, попробовать переменить местоположение манжеты на грудной клетке, проверить герметичность системы).

После этого предложите испытуемому сесть спиной к барабану, на котором идет запись, и в течение 1 мин ведите запись дыхательных движений. Затем испытуемый делает подряд 30 глубоких приседаний и быстро садится на стул. Снова в течение 1 мин регистрируйте его дыхание. Подсчитайте число дыхательных движений за 1 мин в покое и после физической нагрузки. Измерьте глубину (высоту) дыхательных движений в миллиметрах на кривой.

Опыт проводят на двух группах учащихся.

Полученные данные внесите в таблицу (табл. 10).

Таблица 10. Зависимость дыхательных движений от тренировки организма

У людей, занимающихся спортом, частота дыхания 10-12 раз в 1 мин, в то время как у нетренированных она равняется 16-20. У спортсменов уменьшение частоты дыхания сопровождается его углублением, что весьма полезно для здоровья.

При частом дыхании, весьма поверхностном, кислород воздуха почти не проникает в глубь альвеол. При глубоком дыхании воздух успевает проникнуть глубоко в альвеолы, и благодаря этому кровь лучше насыщается кислородом.

Жизненная емкость легких

В покое человек вдыхает и выдыхает относительно постоянный объем воздуха, называемый дыхательным. У взрослого человека он составляет около 500 мл. Но при усиленном дыхании можно вдохнуть еще около 1500 мл воздуха. Этот объем называют дополнительным воздухом. Точно так же после обычного выдоха человек может еще выдохнуть до 1500 мл воздуха; этот объем называют резервным воздухом.

Сумма объемов дыхательного, дополнительного и резервного воздуха составляет в среднем 3500 мл. Ее называют жизненной емкостью легких. Это наибольшее количество воздуха, которое человек может выдохнуть после глубокого вдоха.

Жизненную емкость легких и составляющие ее величины можно определить с помощью специального прибора спирометра. Спирометр (рис. 41) состоит из наружного цилиндра, заполняемого водой до отметки "уровень воды" на стекле смотрового окошка. В наружный цилиндр погружен вверх дном и уравновешен поплавком внутренний цилиндр. В дне внутреннего цилиндра, обращенном вверх, имеется отверстие, которое может быть закрыто пробкой. Есть спирометры, у которых для выпускания воздуха служат краны. На внутреннем цилиндре укреплена шкала с делениями, по которой можно определить количество воздуха, выдохнутого в спирометр.

Рис. 41. Схема устройства спирометра: А — наружный цилиндр; Б — стеклянное окошечко в наружном цилиндре, через которое видна шкала спирометра; В — внутренний цилиндр (колокол спирометра); Г — баллон с воздухом для уравновешивания внутреннего цилиндра в воде; Д — вода

Опыт 17

Через резиновый шланг со стеклянным наконечником (наконечник дезинфицируйте, опуская в раствор марганцевокислого калия) выдохните воздух из легких во внутренний цилиндр. Цилиндр заполняется воздухом и поднимается вверх. Пробка во внутреннем цилиндре во время выдыхания воздуха закрыта. После каждого измерения объема выдохнутого воздуха из внутреннего Цилиндра выпускайте воздух, открывая пробку или кран.

Для определения объема дыхательного воздуха возьмите в рот наконечник и 5 раз спокойно вдохните через нос, а выдохните через рот в спирометр. Показания спирометра разделите на 5 и получите величину объема дыхательного воздуха.

Для измерения жизненной емкости легких после нескольких спокойных дыхательных движений максимально вдохните и сразу максимально выдохните в спирометр. Спирометр покажет величину жизненной емкости легких. Иногда с первого раза трудно сделать максимальный вдох и максимальный выдох. Поэтому определение делают 2-3 раза и за величину жизненной емкости легких принимают не среднюю, а максимальную из полученных величин.

Сравните величины жизненной емкости легких у учащихся, не занимающихся спортом, и у учащихся-спортсменов.

Жизненная емкость легких меняется с возрастом, она зависит также от пола, степени развития грудной клетки и дыхательных мышц. Обычно она больше у мужчин, чем у женщин. У детей жизненная емкость легких мала. У спортсменов она больше, чем у нетренированных людей. У штангистов, например, она составляет около 4000 мл, футболистов — 4200 мл, гимнастов — 4300 мл, пловцов — 4900 мл, гребцов — 5500 мл.

3. Регуляция дыхания

Дыхание при различных условиях

Дыхание человека меняется в зависимости от его состояния. Оно спокойное, редкое во время сна, частое и глубокое при физических нагрузках, прерывистое, неровное во время эмоций. Бывает, что у человека и "дух захватывает", например при погружении в холодную воду.

Дыхательный центр

Русский физиолог Н. А. Миславский установил, что в продолговатом мозге имеется груша клеток, разрушение которых ведет к остановке дыхания. Так было положено начало изучению дыхательного центра. Дыхательный центр — сложное образование; он состоит из центра вдоха и центра выдоха. Позже удалось показать, что дыхательный центр имеет более сложную структуру и в процессах регуляции дыхания принимают участие также вышележащие отделы центральной нервной системы, которые обеспечивают приспособление органов дыхания к различной деятельности организма. Важная роль в регуляции дыхания принадлежит коре больших полушарий.

Миславский Николай Александрович (1854-1928) — выдающийся советский физиолог. Занимался главным образом исследованием механизмов нервной регуляции функций организма. В 1919 г. установил местоположение дыхательного центра в продолговатом мозге. Ряд работ Миславского посвящен изучению рефлекторной регуляции кровообращения. Им было доказано влияние коры больших полушарий головного мозга на деятельность некоторых внутренних органов.

В дыхательном центре ритмически возникают импульсы возбуждения. Эти импульсы возникают автоматически. Даже после полного выключения приходящих к дыхательному центру центростремительных импульсов в нем можно зарегистрировать ритмическую активность. Автоматизм дыхательного центра связывают с процессами обмена веществ в нем. Ритмические импульсы передаются из дыхательного центра по центробежным нейронам к дыхательным мышцам и диафрагме, обеспечивая чередование вдоха и выдоха.

Рефлекторная регуляция дыхания

Изменение дыхания происходит рефлекторно. Оно меняется при болевом раздражении, при раздражении органов брюшной полости, рецепторов кровеносных сосудов, кожи, рецепторов дыхательных путей. При вдыхании паров аммиака, например, раздражаются рецепторы слизистой оболочки носоглотки, что приводит к рефлекторной задержке дыхания. Это важное приспособление, препятствующее попаданию в легкие ядовитых и раздражающих веществ.

Особое значение в регуляции дыхания имеют импульсы, идущие от рецепторов дыхательных мышц и от рецепторов самих легких. От них в большой степени зависит глубина вдоха и выдоха. Это происходит так: при вдохе, когда легкие растягиваются, раздражаются рецепторы в их стенках. Импульсы от рецепторов легких по центростремительным волокнам достигают дыхательного центра, тормозят центр вдоха и возбуждают центр выдоха. В результате дыхательные мышцы расслабляются, грудная клетка опускается, диафрагма принимает вид купола, объем грудной клетки уменьшается и происходит выдох. Поэтому говорят, что вдох рефлекторно вызывает выдох. Выдох, в свою очередь, рефлекторно стимулирует вдох.

В регуляции дыхания принимает участие кора головного мозга, обеспечивая тончайшее приспособление дыхания к потребностям организма в связи с изменениями условий внешней среды и жизнедеятельности организма.

Вот примеры влияния коры больших полушарий на дыхание. Человек может на время задержать дыхание, по своему желанию менять ритм и глубину дыхательных движений. Влияниями коры головного мозга объясняются предстартовые изменения дыхания у спортсменов — значительное углубление и учащение дыхания перед началом соревнования. Возможна выработка условных дыхательных рефлексов. Если к вдыхаемому воздуху добавить около 5-7% углекислого газа, который в такой концентрации учащает дыхание, и сопровождать вдох стуком метронома или звонком, то через несколько сочетаний один только звонок или стук метронома вызовет учащение дыхания.

Гуморальные влияния на дыхательный центр

Большое влияние на состояние дыхательного центра оказывает химический состав крови, в частности ее газовый состав. Впервые это было показано в опыте с перекрестным кровообращением. У двух собак, находящихся под наркозом, перерезали сонные артерии, несущие кровь к голове, и через трубки соединяли так, что кровь от туловища первой собаки поступала к голове второй, а кровь от туловища второй собаки поступала к голове первой (рис. 42). Вторые сонные артерии у собак зажимали. Зажатие трахеи у первой собаки вызывало одышку у второй, и наоборот. Происходило это потому, что в крови собаки, у которой пережималась трахея, накапливалось большое количество углекислого газа. Такая кровь, насыщенная углекислым газом, поступала к голове другой собаки, омывала дыхательный центр и возбуждала его к активной деятельности. Потому у второй собаки и наблюдались частые дыхательные движения (одышка).

Рис. 42. Схема опыта с перекрестным кровообращением

Последующие опыты с введением в определенный участок продолговатого мозга раствора, содержащего углекислоту, подтвердили это положение.

В настоящее время установлено, что углекислый газ оказывает не только прямое возбуждающее действие на дыхательный центр. Накопление углекислого газа в крови вызывает раздражение рецепторов в кровеносных сосудах, несущих кровь к голове, и рефлекторно возбуждает дыхательный центр. Подобным образом действуют и другие кислые продукты, поступающие в кровь, например молочная кислота, содержание которой в крови увеличивается во время мышечной работы. Кислоты увеличивают концентрацию водородных ионов в крови, что вызывает возбуждение дыхательного центра.

Опыт 18

Соберите установку для регистрации дыхательных движений у человека (см. опыт 16).

Зарегистрируйте дыхательные движения у человека, находящегося в состоянии покоя. Затем испытуемому предложите задержать дыхание на возможно больший промежуток времени. Продолжайте регистрировать дыхание. Обратите внимание, что после задержки дыхания глубина и частота дыхательных движений изменились. Чем это можно объяснить?

После непродолжительного отдыха предложите испытуемому сделать 8-10 глубоких и частых дыхательных движений, которые бы хорошо вентилировали легкие. Как теперь изменится характер кривой дыхательных движений?

В результате деятельности механизмов регуляции обеспечивается приспособление дыхания к потребностям организма, поддерживается постоянство газового состава и реакции внутренней среды организма. Таким образом, и деятельность дыхательной системы направлена на поддержание гомеостаза.

Вопросы и задания к главе "Дыхание"

1. Сантиметровой лентой измерьте окружность грудной клетки у вашего товарища при самом глубоком выдохе и самом сильном вдохе. Объясните полученные данные.

2. Положите руку на грудь и посчитайте количество дыхательных движений за 1 мин. Теперь задержите дыхание 40-50 сек. Как изменится частота дыхания после задержки дыхания?

3. Почему после усиленной вентиляции легких дыхание становится редким, а иногда на некоторое время наблюдается даже остановка дыхания?

4. Почему у спортсменов жизненная емкость легких больше, чем у людей, не занимающихся спортом?

5. Чем вызывается затруднение дыхания на больших высотах?

Глава V. Пищеварение

1. Функция пищеварительного аппарата и методы их изучения

Значение пищеварения

С пищей вводятся в организм такие сложные органические вещества, как белки, жиры и углеводы. Эти вещества используются организмом в качестве строительного материала при процессах роста и воссоздании новых клеток взамен отмирающих. Питательные вещества являются и источниками энергии, покрывающими расходы организма.

Не меньшее значение имеют поступающие с пищей витамины, минеральные соли и вода. Они необходимы для создания условий, в которых протекают разнообразные химические реакции, во многих реакциях они сами принимают непосредственное участие. Вода, минеральные соли и витамины усваиваются организмом в неизмененном виде. Что же касается белков, жиров и углеводов, находящихся в пище, то они в таком виде не могут быть усвоены организмом. Прежде всего эти вещества образованы крупными молекулами, которые не могут пройти через стенку пищеварительного тракта. Главное же заключается в том, что организм не может усвоить неизмененные белки, жиры и углеводы. Они для него чужеродны, и, как на всякое чужеродное вещество, в организме против них вырабатываются защитные вещества (антитела). Введение в кровь собак раствора чужеродного белка, например, может вызвать их гибель. А ведь белок так необходим живому организму! Теперь становится понятно, почему основные питательные вещества, прежде чем попасть во внутреннюю среду организма, подвергаются перевариванию.

Пищеварением называют процесс физической и химической обработки пищи и превращения ее в более простые и растворимые соединения, которые могут всасываться, переноситься кровью и без вреда усваиваться организмом.

У просто организованных животных пищеварение внутриклеточное. Примером такого пищеварения является фагоцитоз, с которым вы уже знакомы.

С усложнением животных организмов появляется и другой вид пищеварения — внеклеточное. Это более сложный процесс. Он связан с приспособлением некоторых клеток организма к выделению во внешнюю среду веществ, способных расщеплять белки, жиры и углеводы. Внеклеточное пищеварение осуществляется в пищеварительном тракте — специальных органах, приспособленных для механической и химической обработки пищи. Химическая обработка пищи происходит под действием различных пищеварительных соков, которые вырабатываются в пищеварительных железах.

Пищеварительные ферменты

В организме человека и животных процессы переваривания пищи идут быстро и относительно легко. Под влиянием пищеварительных соков в пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот, жиры — до глицерина и жирных кислот, а сложите углеводы — до простых сахаров (глюкоза и др.).

Основная роль в химической обработке пищи принадлежит содержащимся в пищеварительных соках ферментам. Ферменты — это биологические катализаторы белковой природы, вырабатываемые самим организмом. Характерное свойство ферментов — их специфичность: каждый фермент действует на вещество или на группу веществ только определенного химического состава и строения, на определенный тип химической связи в молекуле.

Под влиянием ферментов нерастворимые и неспособные к всасыванию сложные вещества превращаются в растворимые и легко-усваиваемые более простые вещества.

Ферменты обладают высокой активностью. По некоторым данным, каждая молекула фермента в течение 1 сек. при температуре 37°С может привести в действие около 300 молекул вещества.

Ферменты особо чувствительны к температуре среды, в которой они действуют. До температуры 40-42 С способность ферментов ускорять химические реакции повышается. Дальнейшее повышение температуры снижает активность ферментов. При температуре 70° С и выше ферменты утрачивают свои каталитические свойства. Каждый фермент имеет наиболее благоприятную для его катализирующей деятельности температуру. Ферменты, действующие в организме человека и высших животных, наиболее активны в среде, где температура 37-40 С.

Для действия ферментов нужна определенная реакция среды. Одни ферменты действуют только в кислой среде, другие — только в щелочной, третьи — в нейтральной.

Методы исследования деятельности пищеварительных желез

С тех пор как было установлено, что пищеварительные железы вырабатывают пищеварительные соки, ученые пытались получить эти соки для анализа. Так, еще в XVII в. голландскому ученому Граафу удалось собрать небольшое количество пищеварительных соков при помощи трубок, введенных в просвет выводных протоков слюнных и поджелудочной желез. Пробовали получить желудочный сок при помощи резиновой губки, которую заглатывали; она впитывала содержимое желудка; затем ее извлекали из желудка за привязанную к ней нитку. Шотландский врач Стивенс обнаружил переваривающее действие желудочного сока человека, воспользовавшись услугами фокусника, который обладал редкой способностью изрыгать попавшие в желудок предметы: фокусник глотал, а через несколько часов рвотными движениями изгонял из желудка специально приготовленные, наполненные пищей свинцовые "пирожки" с отверстиями, через которые в пищу проникал желудочный сок. Естественно, с помощью таких методов было трудно установить состав и свойства пищеварительных соков.

Позже у животных под наркозом вскрывали брюшную полость и из протоков пищеварительных желез получали пищеварительные соки. Но делать какие-либо выводы о закономерностях работы пищеварительных желез было почти невозможно: животное было на операционном столе, под наркозом. Условия явно отличались от нормальных.

Гораздо больше сведений о работе пищеварительных желез можно получить с помощью фистульного метода исследования. Повод для такого метода исследования дали интересные, хотя и случайные, наблюдения за людьми, у которых в результате ранения или заболевания образовался свищ желудка или кишечника. В 1842 г. московский хирург Басов предложил изучать желудочную секрецию у собак с помощью фистулы желудка. Но в этом случае нельзя было получить для исследования чистый желудочный сок, он был смешан с остатками пищи, слюной, слизью, которые всегда имеются в желудке.

Настоящего расцвета и признания фистульный метод достиг благодаря работам великого русского физиолога И. П. Павлова. Проводя хирургические вмешательства, И. П. Павлов образовывал постоянные фистулы, с тем чтобы можно было длительно вести наблюдения за деятельностью той или другой пищеварительной железы. В отличие от своих предшественников И. П. Павлов особое внимание обращал на изыскание таких способов операции, которые позволили бы после выздоровления животного сохранить нормальные условия деятельности как изучаемого органа, так и всего организма.

Благодаря такой фистульной методике можно в любое время наблюдать за функцией оперированного органа. С помощью фистул удается собирать чистые пищеварительные соки, без примеси пищи, точно измерять их количество и определять химический состав в разные фазы пищеварения. Главное достоинство фистульной методики, предложенной 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.

Роль И. П. Павлова в изучении деятельности пищеварительных желез столь велика, что эту главу физиологии часто называют русской главой физиологии. В 1904 г. И. П. Павлов был удостоен международной Нобелевской премии.

Однако при всех достоинствах фистульного метода им практически невозможно изучать пищеварительные функции человека. По понятным причинам образование фистул у человека в исследовательских целях не производится. Слюну у человека можно собрать с помощью специальной металлической капсулы — присоски (рис. 43). Капсула присасывается к слизистой оболочке рта так, что в центре ее оказывается проток слюнной железы, по которому слюна теперь поступает не в рот, а в капсулу и через резиновую трубочку выводится наружу в пробирку или стаканчик.

Рис. 43. Собирание слюны у человека с помощью капсулы. Справа изображен внешний вид капсулы

Для извлечения желудочного сока и содержимого двенадцатиперстной кишки используют зонд, который испытуемый заглатывает. Через наружное отверстие такого зонда можно получить сок для исследования.

Некоторые сведения о состоянии желудка и кишечника можно получить, просвечивая области их расположения лучами Рентгена. Перед рентгеновским исследованием человеку дают выпить раствор, плохо пропускающий лучи Рентгена и поэтому дающий хорошую тень на экране (рис. 44).

В момент сокращения мускулатуры желудка, а также при секреции в пищеварительном тракте возникают хотя и незначительные, но достаточные для регистрации электрические явления. Запись электрических явлений в желудке — электрогастрографию — применяют для изучения сократительной деятельности желудка.

Большое будущее у радиотелеметрического метода. Человеку дают проглотить миниатюрный радиопередатчик — радиопилюлю (рис. 45) диаметром 8 м и длиной 15-20 мм. В радиопилюле расположен датчик, который воспринимает концентрацию водородных ионов в содержимом желудка или кишечника, давление внутри них и температуру. Датчик преобразует воспринимаемые показатели в колебания определенной частоты, которые можно уловить с помощью радиоприемника и зарегистрировать. Радиопилюля свободно проходит по пищеварительному тракту и передает информацию о температуре, давлении и реакции среды в разных отделах пищеварительного тракта.

Рис. 44. Рентгеновские снимки желудка человека, сделанные во время пищеварения с интервалами 2-4 сек

Рис. 45. Внешний вид радиопилюль для исследования температуры (1), давления (2) и активной реакции рН (3). Справа для сравнения изображена монета в 1 копейку

Японским исследователям удалось создать радиопилюлю, сигнализирующую о скрытых внутренних кровотечениях: датчик реагирует даже на незначительные примеси крови в желудочном содержимом, что имеет большое значение при обследовании язвенных больных с подозрением на желудочное кровотечение.

2. Пищеварение в полости рта

Жевание

В полости рта происходит опробование пищи, в результате чего ее либо принимают, либо выбрасывают изо рта. Принятая пища во рту подвергается химическим и физическим воздействиям. Физические воздействия заключаются в размельчении, перетирании пищи, смачивании ее слюной и формировании пищевого комка.

Размельчение пищи во рту происходит за счет жевательных движений. Сокращаются жевательные мышцы, которые перемещают нижнюю челюсть (подвижную) относительно верхней челюсти (неподвижной). При движении челюсти зубы разрывают, размельчают и перетирают пищу. Размельченная во рту пища пропитывается слюной и принимает форму, удобную для глотания.

Жевание — акт рефлекторный. У людей жевательный аппарат развит слабее, чем у животных, потому что человек принимает пищу, уже в значительной степени подготовленную кулинарной обработкой. Однако тщательное пережевывание даже такой пищи — необходимое условие нормальной деятельности организма, прежде всего его органов пищеварения. Хорошо пережеванная пища быстро пропитывается слюной и другими пищеварительными соками и подвергается необходимой химической обработке. Плохо пережеванная и проглоченная кусками пища может повредить слизистую оболочку глотки, пищевода, желудка и, кроме того, не вполне обработана пищеварительными соками. Очень часто это ведет к различным заболеваниям желудка, например катарам.

Несмотря на то что хорошо пережеванная пища находится у человека в полости рта в среднем 15-18 сек, она уже здесь подвергается химической обработке ферментами, содержащимися в слюне.

Слюнные железы

Слюна вырабатывается в слюнных железах. У человека, кроме трех пар крупных слюнных желез — околоушных, поднижнечелюстных и подъязычных, — есть множество мелких, микроскопических желез.

Протоки околоушных желез открываются на слизистой оболочке щеки на уровне второго верхнего большого коренного зуба. Поднижнечелюстные и подъязычные слюнные железы по размерам меньше околоушных. Они имеют общий выводной проток, открывающийся под языком.

По выводным протокам из крупных слюнных желез и из многочисленных мелких железок слюна изливается в ротовую полость.

Методика изучения деятельности слюнных желез

У животных функцию слюнных желез изучают с помощью предложенной И. П. Павловым операции наложения фистулы выводного протока. У собаки, находящейся под наркозом, вырезают кусочек слизистой оболочки рта вместе с отверстием протока слюнной железы. При этом стараются не повредить проток слюнной железы. Такой кусочек слизистой через прокол щеки выводят на наружную поверхность и пришивают к коже (рис. 46). Собака после операции быстро поправляется. Чистая слюна через отверстие протока изливается наружу, где ее можно собрать, измерить ее количество, исследовать качество (рис. 47). Оставшиеся неоперированными слюнные железы выделяют слюну в ротовую полость собаки, и у нее идет нормальный процесс пищеварения в ротовой полости.

Для изучения деятельности слюнных желез у человека, как мы уже говорили, используют специальную металлическую капсулу.

Состав слюны

В чистом виде слюна представляет собой жидкость слабощелочной реакции, содержащую 98-99% воды и до 1,5% плотного остатка. Плотный остаток на 2/3 состоит из органических веществ, главным образом белков и ферментов. Белок слюны муцин делает слюну клейкой. Благодаря муцину пропитанная слюной пища легче проглатывается.

Рис. 46. Проток околоушной слюнной железы с кусочком слизистой, выведенный наружу

Рис. 47. Собака с фистулой околоушной слюнной железы. На щеке в области отверстия протока, выведенного наружу, прикреплена воронка с пробиркой для собирания слюны

В составе слюны есть вещество белковой природы — лизоцим, обладающее обеззараживающими свойствами. Этим, видимо, можно объяснить, что раны и царапины на слизистой оболочке ротовой полости заживают быстрее, чем на поверхности тела. Слюна, будучи жидкостью щелочной реакции, способна нейтрализовать кислую пищу в ротовой полости.

В слюне содержатся два фермента: птиалин (амилаза), который расщепляет крахмал (полисахарид) до мальтозы, или солодового сахара (дисахарида), и мальтаза, расщепляющая дисахариды до глюкозы. Хотя ферменты слюны обладают высокой активностью, в полости рта не происходит полного расщепления крахмала. Это и понятно, ведь в ротовой полости пища находится очень короткое время. Ферменты слюны действуют в слабощелочной среде, поэтому при попадании пищи в желудок, где среда кислая, действие птиалина и мальтазы прекращается. Однако пища, попавшая в желудок, не сразу вся пропитывается кислым желудочным соком, и в центре пищевого комка, куда желудочный сок проникает постепенно, еще некоторое время продолжается действие ферментов слюны. В слюне есть минеральные соли.

Отделение слюны на различные раздражители

Работами И. П. Павлова и его сотрудников было показано, что различные раздражители вызывают отделение слюны различного качества и в неодинаковом количестве.

Слюна из околоушной железы отличается по своим свойством от слюны, вырабатываемой поднижнечелюстной и подъязычной железами. Она прозрачна, менее вязка, не имеет слизи, бедна ферментами. Слюна из поднижнечелюстной и подъязычной желез слегка мутновата, вязка, богата ферментами.

Таблица III. Схема кровообращения человека: 1 — аорта; 2 — печеночная артерия; 3 — кишечная артерия; 4 — капиллярная сеть большого круга; 5 — воротная вена; 6 — печеночная вена; 7 — нижняя полая вена; 8 — верхняя полая вена; 9 — правое предсердие; 10 — правый желудочек; 11 — легочная артерия; 12 — капиллярная сеть легочного круга; 13 — легочная вена; 14 — левое предсердие; 15 — левый желудочек

Таблица IV. Схема микроскопического строения почек: А — наружный (I) и внутренний (II) слои почки; Б — отдельный клубочек с капсулой и началом мочевого канальца при большом увеличении; 1 — капсула с клубочком сосудов в ней; 2,3,4 — различные участки мочевого канальца; 5 — трубки, по которым моча из канальцев проходит в почечную лоханку; 6 — артерия; 7 — сосуд, приносящий кровь к клубочку; 8 — сосуд, выносящий кровь из клубочка; 9 — капилляры, оплетающие канальцы; 10 — вена

Оказалось, слюна отделяется не только на пищевые раздражители, но и на несъедобные, отвергаемые вещества: песок, камни, кислоту. Эти вещества не имеют пищевого значения, но могут повредить слизистую оболочку рта. Слюноотделение на такие раздражители носит защитный характер.

Из таблицы 11 видно, что слюны отделяется больше на сухие вещества, чем на влажные. На сухари слюноотделение интенсивнее, чем на хлеб, а на воду слюна практически не отделяется. На пищевые вещества отделяется много слюны из поднижнечелюстной и подъязычной желез, а из околоушной железы в это время течет слюны почти в 2 раза меньше. На отвергаемые раздражители усиливается секреция околоушной железы. Эта слюна жидкая, она быстро омывает слизистую оболочку и вымывает несъедобное вещество из ротовой полости.

Таблица 11. Количество слюны, отделяемое на различные вещества

Отделение большого количества слюны на пищевые вещества из поднижнечелюстной и подъязычной желез имеет важное биологическое значение: ведь эта слюна богата ферментами и поэтому процесс химической обработки пищи протекает интенсивнее.

Регуляция слюноотделения

К слюнным железам подходят нервные волокна как от парасимпатического, так и от симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Если перерезать парасимпатические волокна, а затем начать раздражать конец волокна, идущий к слюнной железе, то наблюдается обильное отделение жидкой, бедной ферментами слюны. Раздражение симпатических волокон вызывает отделение небольшого количества густой слюны, богатой ферментами. Только совместное функционирование симпатических и парасимпатических волокон способно обеспечить нормальную работу слюнных желез и приспособление их к различному количеству и качеству действующего раздражителя (пищевого или отвергаемого).

Через несколько секунд после попадания пищи в рот начинается слюноотделение. Такой быстрый ответ слюнных желез на раздражение рецепторов ротовой полости говорит о том, что слюноотделение осуществляется рефлекторно, при участии нервной системы.

Пища, поступившая в полость рта, раздражает окончания вкусовых нервов; в них возникает возбуждение, которое по центростремительным нервам передается в продолговатый мозг — в центр слюноотделения. Здесь происходит передача возбуждения с центростремительных нервов на центробежные нервы (симпатические и парасимпатические), идущие к слюнным железам. Возбуждение охватывает секреторные клетки слюнных желез, и происходит отделение слюны определенного качества и количества. Так осуществляется безусловный слюноотделительный рефлекс.

Слюна может выделяться не только при попадании пищи в рот, но и при виде пищи или от ее запаха. Это условный рефлекс. Условнорефлекторное отделение слюны происходит лишь в том случае, если вид, запах пищи или разговоры о вкусной еде совпадали прежде с приемом пищи. Вид или запах съедобных веществ, которые прежде человек не ел, отделения слюны не вызовет.

3. Пищеварение в желудке

Желудочные железы

Разжеванный и пропитанный слюной пищевой комок, в котором частично начались химические превращения крахмала, движениями языка направляется к его корню, а затем проглатывается. Дальнейшая обработка пищи происходит в желудке.

В желудке пища задерживается от 4 до 11 ч и подвергается в основном химической обработке с помощью желудочного сока. Желудочный сок вырабатывается многочисленными железами, которые расположены в его слизистой оболочке. На каждом квадратном миллиметре слизистой располагается примерно 100 желудочных желез.

Различают три типа клеток желудочных желез: главные — вырабатывают ферменты желудочного сока, обкладочные — вырабатывают соляную кислоту и добавочные, в которых вырабатывается слизь.

Вместимость желудка с возрастом меняется. В первый месяц после рождения она достигает 90-100 мл (при рождении емкость желудка всего 7 мл). Дальнейшее увеличение емкости желудка идет медленно. К концу первого года жизни она составляет 0,3 л, в возрасте от 4 до 7 лет — 0,9 л, в 9-12 лет — около 1,5 л. Вместимость желудка взрослого человека 2-2,5 л.

Слизь, вырабатываемая клетками слизистой оболочки желудка, предохраняет ее от механических и химических повреждений. Соляная кислота не только выполняет пищеварительную функцию, но и обладает способностью губительно действовать на бактерии, попадающие в желудок, т. е. выполняет защитную функцию.

Методика изучения секреции желудочных желез

Наложение фистулы желудка животному дает возможность в любой момент получать содержимое желудка из отверстия фистульной трубки. Для этого достаточно у животного под наркозом вскрыть брюшную полость и через разрез стенки желудка внутрь его ввести металлическую или пластмассовую фистульную трубку (рис. 48) и укрепить ее швами. Второй конец фистульной трубки оставляют на поверхности живота и вне опыта закрывают пробкой. Но в этом случае нельзя получить чистый желудочный сок, так как он смешан в желудке с пищей и слюной. Тем более этим методом нельзя изучить особенности отделения желудочного сока на разные пищевые вещества.

Стремясь избежать этих недостатков, И. П. Павлов предложил дополнить операцию наложения фистулы желудка перерезкой пищевода. При этой операции — эзофаготомии — края перерезанного пищевода вшивают в кожную рану на шее. Животное спустя несколько дней после такой операции может часами есть пищу, однако в желудок пища не попадает. Вместе с тем из фистулы желудка вытекает чистый желудочный сок (рис. 49). Это так называемое мнимое кормление. При мнимом кормлении можно получать большие количества чистого желудочного сока, который используют в лечебных целях. Животное кормят пищей, которую вводят в желудок через фистульную трубку или вливают в нижний отрезок пищевода. При мнимом кормлении получают чистый желудочный сок, есть возможность изучить его особенности и количество при приеме разной пищи. Однако этот метод не дает возможности изучить желудочное сокоотделение, когда пища находится в желудке.

Рис. 48. Желудочная фистульная трубка

И. П. Павлов предложил новую операцию — из большого желудка выкраивали маленький изолированный желудочек. Разрез на большом желудке проводили так, чтобы не повредить нервы (рис. 50). Края вырезанного лоскута сшивают, формируют маленький желудочек, на края разреза большого желудка также накладывают швы. В результате операции создают два желудка: большой, в котором переваривание пищи идет обычным путем, и маленький, изолированный, в который пища никогда не попадает. Но в связи с тем, что при операции изолирования желудочка в нем сохраняются нервы и кровоснабжение, характер сокоотделения в таком желудочке такой же, как и в большом желудке. А так как пища в изолированный желудочек никогда не попадает (рис. 51), то отделяемый железами маленького желудочка сок чистый, не имеет примесей, можно изучать его качественный состав и количество.

Состав и свойства желудочного сока

Для изучения состава и свойств желудочного сока проделайте следующие опыты.

Опыт 19

Купите в аптеке натуральный желудочный сок. В случае его отсутствия можно воспользоваться пепсином (желтоватый порошок), который можно также приобрести в аптеке. Растворите 1 г пепсина в 500 мл слабой соляной кислоты (0,2%).

Рис. 49. Мнимое кормление эзофаготомированной собаки с фистулой желудка

Рис. 50. Схема операции изолированного желудочка: слева — схема разреза желудка при операции изолированного желудочка (по И. П. Павлову); справа — образовавшийся после операции желудочек; АС — линия разреза; В — стенка желудка, из которой образуется изолированный желудочек; АА брюшная стенка; ветвистыми линиями показан ход волокон блуждающих нервов

Рис. 51. Собака с изолированным маленьким желудочком (по И. П. Павлову)

Часть желудочного сока пронейтрализуйте, прибавив в него несколько капель 10-процентного раствора едкого натра, тщательно взболтайте и при помощи лакмусовой бумаги определите реакцию. Необходимо добиться полной нейтрализации сока.

Приготовьте раствор яичного белка. Для этого возьмите два сырых куриных яйца, отделите белок от желтка. Белки слейте в стакан и добавьте 200 мл воды. Прибавьте половину чайной ложки поваренной соли (для лучшего растворения белка). Эту мутную жидкость профильтруйте через тонкий слой ваты, положенной в воронку. Жидкость, полученная после фильтрования, и есть раствор белка.

Возьмите шесть пробирок, пронумеруйте их и в каждую пробирку налейте по 1-2 мл раствора белка. Нагревая каждую пробирку над пламенем спиртовой лампочки, получите свернувшийся белок. При этом образуются белые хлопья нерастворимого белка. Все пробирки опустите в стакан с холодной водой. Через 10-15 мин в пробирку № 1 прилейте 2-3 мл воды, а в пробирку № 2 -- 2-3 мл кислого желудочного сока. Обе пробирки поставьте в стакан с водой, которая нагрета до 37-38° С. Через 10 мин выньте пробирки из теплой воды и отметьте, какие в них произошли изменения.

Теперь в пробирку № 3 налейте кислый желудочный сок, в пробирку № 4 — предварительно прокипяченный желудочный сок, в пробирку № 5 — нейтрализованный желудочный сок. Пробирки № 3, 4, 5 поставьте в стакан с горячей водой (температура воды 37-38° С). В пробирку № 6 налейте кислый желудочный сок. Эту пробирку опустите в стакан со льдом, снегом или холодной водой.

Через 15-20 мин отметьте, какие изменения произошли с белком в пробирках, № 3, 4, 5, 6.

Отделение желудочного сока на разные пищевые вещества

Кислый желудочный сок отделяется железами желудка только во время пищеварения. При пустом желудке его железы находятся в покое. Реакция содержимого желудка вне пищеварения щелочная, что обусловлено выделением слизи щелочной реакции.

Рис. 52. Кривая отделения желудочного сока из изолированного желудочка у собаки после кормления ее мясом, хлебом и молоком (по И. П. Павлову)

Отделение желудочного сока начинается через несколько минут после приема пищи и длится часами. Количество и состав пищеварительных соков зависят от характера пищи, ее химического состава (рис. 52).

Мясо состоит преимущественно из белков, хлеб главным образом из углеводов, в молоке содержатся в значительном количестве белки, жиры и углеводы. Соответственно этому на мясо в течение 7-8 ч выделяется наибольшее количество сока, кислого и со значительным содержанием ферментов. На хлеб отделяется сока меньше, чем на мясо, продолжительность сокоотделения 10-11 ч. Сок, отделяющийся на хлеб, богат ферментами. Сокоотделение на молоко продолжается 6 ч, наибольшее количество сока отделяется в 3-м и 4-м ч. Торможение сокоотделения на молоко в первые часы связано с наличием жира. Жирная пища подавляет желудочную секрецию, снижается при этом и переваривающая сила желудочного сока. Рациональное сочетание различных пищевых продуктов позволяет поддерживать достаточно высокий уровень сокоотделения на протяжении длительного времени.

Механизм отделения желудочного сока

Для того чтобы начал отделяться желудочный сок, совсем необязательно, чтобы пища попала в желудок; достаточно того, что она поступит в ротовую полость. Лучше всего это можно увидеть при мнимом кормлении собаки.

Отделение желудочного сока в ответ на раздражение вкусовых рецепторов ротовой полости происходит рефлекторно. Это врожденный, безусловный рефлекс. Пища, попадая в ротовую полость, раздражает окончания вкусовых нервов, расположенных в слизистой оболочке рта и на языке. Возникшее здесь возбуждение проводится в продолговатый мозг, откуда по секреторным нервам оно достигает желудочных желез, и, хотя пища не поступает при мнимом кормлении в желудок, через отверстие фистульной трубки из желудка течет чистый желудочный сок.

Секреторным нервом для желудочных желез является блуждающий нерв. Если перерезать блуждающие нервы, то мнимое кормление уже не будет вызывать отделения желудочного сока.

К желудочным железам подходят и симпатические волокна. Раздражение в специальных условиях конца перерезанного симпатического нерва вызывает небольшое сокоотделение. Однако симпатические нервы имеют большое значение в регуляции накопления ферментов в секреторных клетках желудка.

Только целостность обоих нервов — и блуждающего, и симпатического — обеспечивает нормальное сокоотделение.

Отделение желудочного сока начинается не только при раздражении пищей рецепторов ротовой полости. Приготовление к еде, разговоры о пище, вид и запах ее вызывают секрецию кислого, богатого ферментами желудочного сока. Это происходит в результате осуществления условного рефлекса на пищу. Благодаря условным рефлексам сок начинает отделяться за некоторое время до начала еды. И. П. Павлов назвал этот сок аппетитным или запальным. Аппетитный сок подготавливает заранее желудок к перевариванию пищи и является важным условием егонормальной работы.

Обычно акт еды всегда начинается с действия вида и запаха пищи, условных раздражителей для желудочных желез. Пища, поступившая вслед за этим в ротовую полость, действует как безусловный раздражитель, возбуждая вкусовые рецепторы слизистой оболочки рта.

Сокоотделение, вызываемое актом еды, составляет сложнорефлекторную фазу желудочной секреции. Сложнорефлекторной ее называют потому, что во время этой фазы желудочный сок отделяется за счет комплекса безусловных и условных рефлексов.

Под влиянием различных воздействий желудочная секреция может тормозиться. Стоит собаке во время еды показать кошку, как у нее прекращается отделение желудочного сока. Вид несвежей пищи, неприятный запах ее, неряшливая обстановка, чтение во время еды приводят к торможению желудочной секреции, чем снижается пищеварительное действие соков и пища усваивается хуже.

Сложнорефлекторное отделение желудочного сока продолжается всего 1,5-2 ч. Общая же продолжительность желудочной секреции составляет 6-10 ч после приема пищи. Следовательно, сложнорефлекторная фаза не может объяснить всех закономерностей отделения желудочного сока. Однако эта фаза пусковая и во многом определяет характер дальнейшего сокоотделения.

Когда пища поступает в желудок, на нее продолжает отделяться желудочный сок до тех пор, пока в желудке будет находиться переваривающаяся пища. За счет каких механизмов теперь отделяется желудочный сок?

Поступившая в желудок пища механически раздражает рецепторы, находящиеся в слизистой оболочке желудка, возбуждение передается в центральную нервную систему и оттуда по блуждающим нервам достигает желез желудка. Если перерезать блуждающие нервы, то механическое раздражение стенок желудка больше не вызывает сокоотделения.

Опыты на собаках, а также наблюдения на людях в лаборатории, руководимой К. М. Быковым, показали, что механическое раздражение стенки желудка у собаки кусочками резины, стеклянными бусами, а у человека введенным в полость желудка резиновым баллоном способно вызвать достаточно сильное сокоотделение. У людей отделение желудочного сока при механическом раздражении стенки желудка начинается через 5-10 мин, у собак — несколько позже. Отделение желудочного сока при механическом раздражении слизистой оболочки желудка — процесс рефлекторный, регулируемый нервной системой.

Быков Константин Михайлович (1886-1959) — видный советский физиолог, ученик и сотрудник И. П. Павлова. Известен своими работами в области физиологии и патологии пищеварения. Он разработал способ получения чистого желудочного сока у человека. К. М. Быков — автор учения о регулирующем влиянии коры головного мозга на работу внутренних органов.

Но не только за счет механического раздражения стенок желудка отделяется сок, когда пища находится в желудке. Важная роль здесь принадлежит и химическим веществам, циркулирующим в крови при пищеварении и гуморальным путем возбуждающим желудочную секрецию. Если собаку накормить мясом или молоком и в разгар секреции взять у нее 200 мл крови и перелить другой собаке, у которой желудочные железы находятся в покое, то после введения крови у второй собаки начнется отделение желудочного сока. Это можно понять так: в кровь во время пищеварения из желудочно-кишечного тракта поступают химические вещества, продукты переваривания. Они кровью приносятся к железам желудка и стимулируют их деятельность. Особенно активны в этом отношении вещества, содержащиеся в мясном бульоне, капустном отваре, отварах рыбы, грибов, овощей.

Кроме того, под влиянием соляной кислоты или продуктов переваривания в слизистой оболочке желудка образуется особый гормон — гастрин, который всасывается в кровь и усиливает секрецию желудочных желез.

Отделение желудочного сока за счет механического раздражения слизистой оболочки желудка, а также за счет химических веществ, всасывающихся из желудка в кровь, составляет нейро-гуморальную фазу секреции.

Рис. 53. Переход содержимого желудка в двенадцатиперстную кишку (схема)

Обе фазы желудочной секреции — сложнорефлекторная и нейро-гуморальная — связаны между собой. Так, обильное отделение желудочного сока в сложнорефлекторную фазу приводит к ускоренному образованию и всасыванию гастрина, что, в свою очередь, вызывает усиление нейро-гуморальной фазы секреции.

Переход пищи из желудка в двенадцатиперстную кишку

В желудке пища подвергается также механической обработке. В толще стенок желудка находятся гладкие мышцы, волокна которых идут в трех направлениях: продольном, косом и круговом. Сокращения мышц желудка способствуют лучшему перемешиванию пищи с пищеварительным соком, а также способствуют передвижению пищи из желудка в кишечник.

Содержимое желудка в виде пищевой кашицы, пропитанной желудочным соком, движениями мускулатуры желудка перемещается к выходной части его, которую называют пилорическим отделом. На границе пилорического отдела желудка и двенадцатиперстной кишки расположена круговая мышца — сжиматель — сфинктер. Соляная кислота, находящаяся в составе желудочного содержимого, рефлекторно вызывает расслабление пилорического сфинктера; только после этого порция кислой пищевой кашицы переходит в двенадцатиперстную кишку (рис. 53). Поступая в двенадцатиперстную кишку, соляная кислота вызывает рефлекторное сжатие сфинктера, поэтому после перехода в кишечник порции желудочного содержимого дальнейшее его поступление на время задерживается. Когда попавшая в кишку пищевая кашица нейтрализуется содержимым двенадцатиперстной кишки, имеющим щелочную реакцию, сфинктер раскрывается и очередная порция пищевой кашицы проходит из желудка в кишку.

Таким образом, переход пищевой кашицы из желудка в кишечник совершается порциями, постепенно. Это способствует лучшей обработке пищеварительными соками содержимого желудка и кишечника.

4. Пищеварение в двенадцатиперстной кишке

Секреторная функция поджелудочной железы

В двенадцатиперстной кишке происходит интенсивное переваривание пищевой кашицы. Здесь пища подвергается действию сока поджелудочной железы, желчи и кишечного сока. Под влиянием этих соков белки, жиры и углеводы перевариваются так, что могут быть усвоены организмом.

Поджелудочная железа вырабатывает поджелудочный сок. Получают чистый поджелудочный сок для исследования и изучают секреторную функцию поджелудочной железы с помощью фистульного метода. Вскрывают брюшную полость и у места впадения в двенадцатиперстную кишку одного из протоков железы вырезают кусок кишки с открывающимся в центре отверстием протока (рис. 54). Стенку кишки зашивают, а вырезанный кусок ее вшивают в кожную рану. После заживления раны из протока выделяется чистый поджелудочный сок.

Чистый поджелудочный сок — бесцветная прозрачная жидкость щелочной реакции: рН поджелудочного сока человека колеблется от 7,8 до 8,4. Щелочная реакция сока связана с наличием в соке бикарбонатов. В соке есть ферменты, действующие на белки, жиры и углеводы.

Фермент трипсин, расщепляющий белки, вырабатывается клетками железы в неактивной форме. Под влиянием фермента кишечного сока энтерокиназы трипсин активируется и расщепляет белки до аминокислот.

Активность фермента поджелудочного сока липазы усиливается под влиянием желчи, вырабатываемой в печени и поступающей в двенадцатиперстную кишку. Под влиянием липазы жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот.

В поджелудочном соке есть ферменты амилаза и мальтаза. Амилаза расщепляет крахмал до дисахаридов, а мальтаза превращает дисахариды в моносахариды типа глюкозы.

Все ферменты поджелудочного сока действуют в щелочной среде; в кислой среде их действие быстро прекращается.

Поджелудочный сок начинает отделяться через 2-3 мин после начала еды. В зависимости от состава и свойств принятой пищи сокоотделение продолжается 6-14 ч. На разные пищевые вещества выделяется разное количество поджелудочного сока, с различным содержанием ферментов (рис. 55).

Рис. 54. Два момента операции наложения фистулы поджелудочной железы

Рис. 55. Кривая отделения поджелудочного сока у собаки, при кормлении ее мясом, хлебом и молоком

Кривые секреции поджелудочного сока очень схожи с кривыми желудочной секреции.

Отделение поджелудочного сока, так же как и желудочная секреция, происходит в две фазы, тесно связанные друг с другом.

Первая фаза — сложнорефлекторная. Отделение сока в первую фазу идет под влиянием условных и безусловных рефлексов. Рефлекторный механизм отделения поджелудочного сока был доказан в лаборатории И. П. Павлова. Если собаке с перерезанным пищеводом наложить фистулу протока поджелудочной железы и начать ее кормить, то через 2-4 мин после такого мнимого кормления начнет отделяться поджелудочный сок. При еде пища раздражает окончания центростремительных нервов, находящихся в слизистой оболочке рта и глотки. Возникшее возбуждение достигает по центростремительным нервам пищевого центра, и оттуда по блуждающему и симпатическому нервам оно приходит к поджелудочной железе, после чего начинается отделение поджелудочного сока. Это безусловнорефлекторный механизм отделения сока поджелудочной железы.

Вместе с тем если собаку только дразнить пищей, то из фистулы протока поджелудочной железы начинает отделяться поджелудочный сок. Это натуральный условный рефлекс.

К. М. Быков и его сотрудники наблюдали человека с фистулой протока поджелудочной железы, образовавшейся в результате заболевания. Выделение поджелудочного сока у него начиналось через 2-3 мин после разговора о еде. Это тоже условнорефлекторное сокоотделение.

Вторая фаза секреции поджелудочного сока — нейро-гуморальная. В слизистой оболочке двенадцатиперстной кишки под влиянием соляной кислоты, поступающей в нее из желудка с пищевой кашицей, образуется химическое вещество секретин, который всасывается в кровь, с током крови приносится к поджелудочной железе и вызывает активную ее деятельность. Вначале считали, что секретин действует прямо на секреторные клетки поджелудочной железы. Позже удалось показать, что если выключить симпатические нервы, подходящие к железе, специальными веществами, то введение соляной кислоты в двенадцатиперстную кишку почти не вызывает секреции сока поджелудочной железы. Значит, секретин действует не прямо на секреторные клетки железы, а через нервные окончания, расположенные в поджелудочной железе. Секреция поджелудочного сока заметно усиливается после приема газированной воды, отваров овощей, ягод.

Секреция поджелудочной железы связана с желудочной секрецией. Если в составе желудочного сока мало или нет соляной кислоты, то это вызывает снижение образования секретина, вследствие чего отделение сока поджелудочной железы резко падает. Это один из многочисленных примеров взаимодействия органов в пищеварительной системе.

Значение желчи в пищеварении

В двенадцатиперстную кишку поступает и желчь, которая вырабатывается клетками печени. И хотя в составе желчи нет ферментов, которые расщепляли бы пищевые вещества, роль желчи в пищеварении огромна. Во-первых, она переводит в активное состояние липазу, вырабатывающуюся клетками поджелудочной железы; во-вторых, желчь эмульгирует жиры, превращая их во взвесь мелких капелек (эмульгированные жиры легче перевариваются); в-третьих, желчь активно влияет на процессы всасывания в тонкой кишке; в-четвертых, желчь способствует усилению отделения сока поджелудочной железы.

Всего за сутки в печени человека образуется около 1 л желчи. Хотя желчь образуется в печени постоянно, в двенадцатиперстную кишку она поступает периодически. Как это происходит? Образовавшаяся в печени желчь по печеночному протоку стекает в желчный пузырь. В двенадцатиперстную кишку вне периодов пищеварения она попасть не может, так как выход общего желчного протока закрыт вследствие сокращения кольцевых гладких мышц. Но ведь желчи образуется много, она могла бы переполнить желчный пузырь и даже разорвать его. Этого не происходит, потому что в желчном пузыре постоянно всасываются из желчи вода, минеральные соли и некоторые другие вещества. В результате желчь становится более концентрированной, густой. В связи с этим в практике различают желчь пузырную и желчь печеночную. Пузырная желчь, темного цвета с зеленоватым оттенком, содержит большое количество желчных кислот и желчных пигментов. Печеночная желчь, золотистого цвета, менее концентрированная. Реакция желчи слабощелочная.

Поступление желчи в двенадцатиперстную кишку начинается через некоторое время после приема пищи. При еде мяса, например, желчь начинает поступать в кишку через 8-10 мин, хлеба — через 12-15 мин, молока — через 3-4 мин. При этом открывается выход из общего желчного протока, желчный пузырь сокращается и выталкивает желчь в кишку. Вслед за этим и печеночная желчь, теперь уже минуя желчный пузырь, поступает в двенадцатиперстную кишку. Поступление желчи в кишку идет в течение всего периода пищеварения.

Выход желчи в кишку происходит рефлекторно. При поступлении пищи в кишечник раздражаются рецепторы слизистой оболочки кишки. Возбуждение передается в центральную нервную систему, а оттуда по блуждающему и симпатическому нервам направляется к желчному пузырю и мышце, закрывающей выход общего желчного протока. Это безусловный рефлекс. Наблюдается и условнорефлекторное поступление желчи в кишку. Вид, запах пищи, иногда даже обстановка принятия пищи, разговоры о еде способствуют выходу желчи в двенадцатиперстную кишку.

Имеются и гуморальные возбудители отделения желчи. К ним относятся продукты переваривания белков, жиры и особое химическое вещество, образующееся в стенке двенадцатиперстной кишки. Это вещество усиливает сокращение желчного пузыря и вызывает его опорожнение в процессе пищеварения.

5. Пищеварение в кишечнике

Состав и свойства кишечного сока

Слизистая оболочка тонкой кишки содержит многочисленные железы (до 1000 на 1 мм²), вырабатывающие пищеварительный кишечный сок. В состав его входят многочисленные ферменты, действующие на все пищевые вещества (белки, жиры и углеводы) и на продукты их неполного расщепления, образующиеся в желудке.

Кишечный сок — мутноватая бесцветная жидкость щелочной реакции. Он состоит из жидкой части и комочков слизи, в которых можно обнаружить большое количество слущивающихся клеток кишечного эпителия. Эти клетки разрушаются и освобождают содержащиеся в них ферменты. Обнаружено свыше 20 ферментов кишечного сока, способных катализировать расщепление практически любых пищевых веществ до продуктов, которые могут быть легко усвоены организмом.

Механизм секреции кишечного сока

Для изучения секреции кишечного сока изолируют участок тонкой кишки (рис. 56). Для этого вырезают у животного отрезок кишки длиной 30-40 см, сохраняя брыжейку с подходящими к ней кровеносными сосудами и нервами. Концы кишки сшивают и восстанавливают таким образом проходимость кишечника. Оба конца изолированного отрезка кишки вшивают в кожную рану живота.

Большое значение для деятельности желез тонкого кишечника имеет механическое раздражение стенки кишки. Если в изолированный участок кишки ввести резиновую трубочку, то почти сразу же начинает отделяться большое количество кишечного сока. В естественных условиях механическим раздражителем служит пищевая кашица, продвигающаяся по кишечнику. Химическими возбудителями кишечной секреции являются желудочный сок, продукты расщепления белков, молочный сахар.

В стенке кишечника располагаются нервные узлы. К ним доходят импульсы из центральной нервной системы и усиливают или затормаживают отделение кишечного сока.

Рис. 56. Операция изолирования кишки: 1 — вырезанный участок кишки; 2 — концы участка кишки, выведенные наружу; 3 — брыжейка с сосудами и нервами; 4 — сшитые концы перерезанного кишечника

Секреторный процесс в кишечнике идет довольно своеобразно. Считают, что клетки кишечных желез некоторое время накапливают внутри себя пищеварительный сок и периодически, когда есть соответствующие раздражители, слущиваются в просвет кишечника. Здесь они разрушаются и освобождают в полость кишки ферменты. За счет этих ферментов осуществляется полостное пищеварение. Ферменты кишечного сока способны адсорбироваться на поверхности слизистой оболочки кишечника, где осуществляется контактное, или пристеночное, пищеварение.

Движение тонкой кишки

Содержимое тонкой кишки постепенно перемещается по кишечнику и переходит в толстую кишку. Механическое раздражение кишечника вызывает сокращение продольных и кольцевых мышц стенки кишки. Различают маятникообразные и перистальтические движения.

Маятникообразные движения проявляются в переменном укорочении и удлинении кишки на коротком участке. Содержимое кишки при этом передвигается то в прямом, то в обратном направлении, что улучшает контакт пищи с пищеварительными соками.

Перистальтические движения охватывают более широкий участок кишки. При этом выше порции пищи за счет сокращения круговых мышечных волокон образуется сужение, а ниже, за счет сокращения продольных мышц — расширение полоски кишки. При таких червеобразных движениях кишки ее содержимое передвигается в направлении толстого кишечника.

Пищеварение в толстой кишке

В тонкой кишке пищевые вещества почти полностью перевариваются и продукты переваривания их всасываются. Этим объясняется весьма незначительная ферментативная обработка пищи в толстой кишке. В толстой кишке интенсивно всасывается вода, после чего в конечных ее отделах формируется кал, который выводится из организма.

В толстой кишке живут многочисленные бактерии. Одни из них расщепляют растительную клетчатку, которая через желудок в тонкую кишку проходит без изменений, так как в пищеварительных соках нет ферментов для ее переваривания. Микробы кишечника в процессе жизнедеятельности вырабатывают ферменты, под действием которых клетчатка расщепляется до глюкозы, уксусной кислоты и других продуктов. Глюкоза и кислоты всасываются в кровь. Газообразные продукты деятельности микробов — углекислый газ, метан, водород — не всасываются и выделяются из кишечника.

Под влиянием бактерий гниения в толстой кишке происходит разрушение невсосавшихся продуктов переваривания белка. При этом образуются ядовитые для организма соединения, которые всасываются в кровь и обезвреживаются в печени.

Пищеварительный аппарат действует как единое целое. Все его отделы тесно связаны между собой. Механическое раздражение стенки желудка, например, ведет к усилению функции печени и поджелудочной железы, изменению секреторной функции слюнных желез.

Пищеварительная система связана с другими системами организма. Раздражения желудка, тонкой кишки, желчного пузыря вызывают изменения дыхания, давления крови. Процессы кроветворения и разрушения форменных элементов крови связаны с деятельностью поджелудочной железы.

Все это свидетельствует о том, что система органов пищеварения, тесно взаимодействуя с другими системами организма, обеспечивает постоянство внутренней среды организма — необходимое условие нормального функционирования всех его органов.

6. Всасывание в пищеварительном тракте

Функции ворсинок

Всасывание происходит почти во всех отделах пищеварительного тракта. Так, если под языком долго держать кусочек сахара, то он растворится и всосется. Значит, всасывание возможно и в ротовой полости. Однако пища почти никогда не находится там в течение времени, необходимого для всасывания. В желудке хорошо всасывается алкоголь, частично глюкоза; в толстой кишке — вода, некоторые соли.

Основные процессы всасывания пищевых веществ проходят в тонкой кишке. Ее строение очень хорошо приспособлено к всасывающей функции. Внутренняя поверхность кишки у человека достигает 0,65-0,70 м². Особые выросты слизистой оболочки высотой 0,1-1,5 мм (рис. 57) — ворсинки — увеличивают поверхность кишки. На площади 1 см² располагается 2000-3000 ворсинок. Благодаря наличию ворсинок фактическая площадь внутренней поверхности кишечника увеличивается до 4-5 м², т. е. в два-три раза превышает поверхность тела человека.

Рис. 57. Схема строения ворсинок: а — вены; б — артерии; в — лимфатический сосуд и гладкие мышцы; г — нервная сеть

Рассматривание клеток эпителия, покрывающего ворсинку, в электронный микроскоп показало, что поверхность клеток, обращенных внутрь полости кишки, не гладкая, а, в свою очередь, покрыта пальцеобразными выростами — микроворсинками (рис. 58). Величина их такова, что их не видно даже при самом большом увеличении светового микроскопа. Однако значение их очень велико. Во-первых, микроворсинки еще более увеличивают всасывающую поверхность тонкой кишки. Во-вторых, между микро-ворсинками находится большое количество ферментов, которые удерживаются здесь и лишь в незначительных количествах попадают в просвет кишки. А поскольку концентрация ферментов между микроворсинками велика, основной процесс пищеварения происходит не в полости кишки, а в пространстве между микроворсинками, у стенки клеток кишечного эпителия. Вот почему такой вид пищеварения был назван пристеночным.

Пристеночное расщепление пищевых веществ очень эффективно для организма, особенно для течения процессов всасывания. Дело в том, что в кишечнике постоянно находится значительное количество микробов. Если бы основные процессы расщепления происходили в просвете кишки, то значительная часть продуктов расщепления использовалась бы микроорганизмами и в кровь всасывались бы меньшие количества питательных веществ. Этого не происходит, потому что микроворсинки не допускают микробов к месту действия ферментов, так как микроб слишком велик, чтобы проникнуть в пространство между микроворсинками. А пищевые вещества, находясь у стенки кишечной клетки, легко всасываются.

Рис. 58. Микроворсинки (1) эпителия тонкой кишки обезьяны. Увеличены с помощью электронного микроскопа в 66 000 раз

Механизм всасывания

Как же осуществляется процесс всасывания? Каждое вещество имеет свои особенности всасывания, но есть механизмы, общие для всасывания многих веществ. Так, некоторое количество воды, солей и небольших молекул органических веществ проникает в кровь по законам диффузии. При сокращении гладкой мускулатуры кишечника в нем повышается давление, и тогда некоторые вещества проникают в кровь по законам фильтрации. В процессе всасывания воды большое значение имеет осмос. Хорошо известно, что дистиллированная вода быстрее всасывается, чем изотонический раствор. При повышении осмотического давления крови всасывание воды значительно ускоряется.

Некоторые вещества всасываются с большими затратами энергии. К ним относятся ионы натрия, глюкоза, жирные кислоты, некоторые аминокислоты. То, что для перехода этих веществ в кровь из просвета кишки необходима энергия, доказывается опытами, в которых с помощью специальных ядов нарушался или прекращался энергетический обмен в слизистой оболочке кишки. Всасывание глюкозы, ионов натрия в этих условиях прекращалось.

При всасывании пищевых веществ происходит усиление тканевого дыхания слизистой оболочки кишки. Все это свидетельствует о том, что процесс всасывания продуктов расщепления носит активный характер и возможен только при нормальной жизнедеятельности клеток кишечного эпителия. Всасыванию способствуют также сокращения ворсинок. Каждая ворсинка покрыта кишечным эпителием; внутри ворсинки проходят кровеносные и лимфатические сосуды, нервы. В стенках ворсинок находятся гладкие мышцы, которые, сокращаясь, выдавливают содержимое лимфатического сосудика и кровеносного капилляра в более крупные сосуды. Затем мышцы расслабляются, и мелкие сосуды ворсинок вновь присасывают раствор из полости кишечника. Таким образом, ворсинка действует как своеобразный насос.

За сутки всасывается около 10 л жидкости, из них около 8 л составляют пищеварительные соки. Всасывание — сложный физиологический процесс, происходящий главным образом за счет активной работы клеток кишечного эпителия.

Регуляция всасывания

Процесс всасывания регулируется нервной системой. Раздражение волокон блуждающего нерва, подходящих к кишке, усиливает процессы всасывания, а раздражение симпатического нерва угнетает всасывание.

Удалось выработать условные рефлексы на изменение всасывания воды и некоторых пищевых веществ. Если ввести в организм специальное вещество, ускоряющее всасывание глюкозы, и сочетать это со звонком (условный сигнал), то после нескольких повторений только звук звонка будет ускорять всасывание глюкозы. Это свидетельствует об участии коры больших полушарий в регуляции процессов всасывания.

В регуляции всасывания принимают участие и гуморальные факторы. Витамин В стимулирует всасывание углеводов, витамин А — всасывание жиров. Движение ворсинок усиливается при действии соляной кислоты, аминокислот, желчных кислот. Избыток угольной кислоты тормозит движение ворсинок.

Всасывание белков

Белки всасываются в виде водных растворов аминокислот в кровь капилляров ворсинок. В небольшом количестве у детей из кишечника всасываются натуральные белки молока, яичный белок. У детей повышена проницаемость стенки кишечника. Поэтому избыточное поступление в организм ребенка нерасщепленных белков приводит к разного рода кожным высыпаниям, зуду и другим неблагоприятным явлениям.

Всасывание углеводов

Углеводы всасываются в кровь главным образом в виде глюкозы. Наиболее интенсивно этот процесс идет в верхнем отделе кишечника.

В толстой кишке углеводы всасываются медленно. Однако возможность их всасывания в толстом кишечнике находит применение в лечебной практике при искусственном питании больного (так называемые питательные клизмы).

Всасывание жиров

Жиры всасываются преимущественно в лимфу в виде глицерина и жирных кислот. Легче других жиров всасываются продукты расщепления сливочного масла, свиного жира.

Глицерин при всасывании легко проходит через эпителий слизистой оболочки кишечника. Жирные кислоты при всасывании соединяются с желчными кислотами и солями, образуя комплексы, растворимые мыла, которые также проходят через кишечную стенку. Пройдя через эпителиальные клетки кишок, комплексы разрушаются и высвободившиеся жирные кислоты с глицерином образуют жир, свойственный данному организму.

Всасывание воды и солей

Всасывание воды начинается в желудке. Наиболее интенсивно вода всасывается в кишечнике (1 л за 25 мин). Всасывается вода в кровь. Минеральные соли всасываются в кровь в растворенном виде. Скорость всасывания солей определяется их концентрацией в растворе.

Вопросы и задание к главе "Пищеварение"

1. Какова роль ферментов в пищеварении?

2. Почему на сухари отделяется слюны больше, чем на хлеб?

3. На воду почти не отделяется слюна. Почему?

4. Какова роль соляной кислоты в желудке?

5. Сравните условия, при которых проявляется ферментативная активность пепсина и химозина.

6. В каком виде всасываются белки, жиры и углеводы?

7. Что такое пристеночное пищеварение?

Глава VI. Обмен веществ и энергии. Питание

1. Обмен веществ как основная функция жизни

Значение питательных веществ

Во всех живущих ныне организмах, от самых примитивных до самого сложного — человеческого организма, — обмен веществ и энергии — основа жизни.

В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс созидания, образования сложных веществ. Одновременно с этим происходит распад, разрушение сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма.

Работа органов сопровождается непрерывным их обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25 г крови и т. д.

Рост, обновление клеток организма возможны только в том случае, если в организм непрерывно поступают кислород и питательные вещества. Питательные вещества — тот строительный, пластический материал, из которого строится живое.

Для построения новых клеток организма, их непрерывного обновления, для работы таких органов, как сердце, желудочно-кишечный тракт, дыхательный аппарат, почки и т. д., а также для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию организм получает при распаде веществ клеток в процессе обмена веществ.

Таким образом, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим, строительным материалом, но и источником энергии, так необходимой для жизни.

Под обменом веществ понимают совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.

Ассимиляция и диссимиляция

Обмен веществ представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. В результате процесса ассимиляции сравнительно простые продукты пищеварения, поступая в клетки, подвергаются химическим превращениям с участием ферментов и уподобляются необходимым организму веществам. Диссимиляция — распад сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма. Часть продуктов распада вновь используется организмом, часть выводится из организма наружу.

Процесс диссимиляции также идет при участии ферментов. Во время диссимиляции высвобождается энергия. Именно за счет этой энергии строятся новые клетки, обновляются старые, функционирует сердце человека, совершается умственная и физическая работа.

Процессы ассимиляции и диссимиляции неотделимы друг от друга. При усилении процесса ассимиляции, особенно при росте молодого организма, усиливается и процесс диссимиляции.

Превращение веществ

Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте. Здесь сложные белки, жиры и углеводы расщепляются до более простых, способных всосаться через слизистую оболочку кишечника и стать строительным материалом в процессе ассимиляции. В пищеварительном тракте при переваривании высвобождается незначительное количество энергии. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь и лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают основные изменения. Образовавшиеся сложные органические вещества входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Энергия, освободившаяся при распаде веществ клеток, используется для жизнедеятельности организма. Не использованные организмом продукты обмена различных органов и тканей выделяются из него.

Роль ферментов во внутриклеточном обмене

Основные процессы превращения веществ совершаются внутри клеток нашего тела. Эти процессы лежат в основе внутриклеточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным ферментам клетки. Благодаря их деятельности с веществами клетки происходят сложные превращения, разрываются внутримолекулярные химические связи в них, что приводит к высвобождению энергии. Особое значение здесь приобретают реакции окисления и восстановления. Конечные продукты процессов окисления в клетке — углекислый газ и вода. При участии специальных ферментов осуществляются и другие типы химических реакций в клетке.

Освобождающаяся при этих реакциях энергия используется для построения новых веществ в клетке, для поддержания процессов жизнедеятельности организма. Основным аккумулятором и переносчиком энергии, используемой при многих синтетических процессах, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). В молекуле АТФ содержатся три остатка фосфорной кислоты. АТФ используется во всех реакциях обмена, требующих затраты энергии. В молекуле АТФ при этом разрывается химическая связь с одним или двумя остатками фосфорной кислоты, освобождая запасенную энергию (отщепление одного остатка фосфорной кислоты приводит к освобождению около 42 000 дж на 1 грамм-молекулу).

2. Обмен белков

Роль белков в обмене веществ

Белки в обмене веществ занимают особое место. Ф. Энгельс так оценил эту роль белков: "Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка". И на самом деле, везде, где есть жизнь, находят белковые тела.

Белки входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма. Без белков нет роста. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах обмена веществ, имеют белковую природу.

Специфичность белков

Белки обладают большой специфичностью. Белки животных разных видов, разных индивидуумов одного и того же вида, более того, разных органов и тканей одного и того же организма отличаются друг от друга. Такая специфичность белков делает невозможным введение в организм нерасщепленных чужеродных белков. Если такие чужеродные белки попадают в организм, то это вызывает образование защитных веществ против введенных белков, могут наступить тяжелые нарушения и даже гибель организма. Этим объясняются неудачи при пересадке тканей и органов от животных человеку или даже от одного человека другому. При таких операциях пересаженный орган не приживается и отмирает.

Белковые вещества пищи, проходя через пищеварительный тракт, расщепляются до аминокислот. Аминокислоты легко усваиваются организмом.

Нормы белка в питании

В зависимости от возраста, выполняемой деятельности, пола и т. п. меняется норма белков в питании. Для взрослого человека в суточном рационе должно содержаться в среднем 100-110 г белков. При физической работе норма белков в пище увеличивается до 130-140 г. Растущий организм ребенка нуждается в дополнительном количестве белков, обеспечивающих рост и формирование тела. Если для взрослого человека нужно на 1 кг массы тела около 1,5 г белков в сутки, то для ребенка в первые годы жизни эта норма должна быть примерно в три раза выше.

Биологическая ценность белков пищи

Аминокислоты, идущие на построение белков организма, неравноценны. Некоторые аминокислоты незаменимы для организма (лейцин, метионин, фенилаланин и др., табл. 12). Если в пище отсутствует незаменимая аминокислота, то синтез белков в организме резко нарушается. Но есть аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированы в самом организме в процессе обмена веществ, — это заменимые аминокислоты.

Таблица 12. Заменимые и незаменимые аминокислоты

Белки пищи, содержащие весь необходимый набор аминокислот для нормального синтеза белка организма, называют полноценными. К ним относят преимущественно животные и некоторые растительные белки (например, белки бобовых растений). Белки пищи, не содержащие всех необходимых для синтеза белка организма аминокислот, называют неполноценными (например, желатин, белок кукурузы, белок пшеницы). Наиболее высокая биологическая ценность у белков яиц, мяса, молока, рыбы.

Для того чтобы в организме мог произойти синтез необходимых ему белков, с пищей должны вводиться все незаменимые аминокислоты. При смешанном питании, когда в пище есть продукты животного и растительного происхождения, в организм обычно доставляется необходимый для синтеза белков набор аминокислот.

Особенно важно поступление всех незаменимых аминокислот для растущего организма. Отсутствие в пище аминокислоты лизина приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Недостаток валина вызывает расстройство равновесия у детей. В настоящее время достаточно полно изучен аминокислотный состав белков различных органов и тканей тела человека и пищевых продуктов. Поэтому имеется возможность так комбинировать продукты питания, чтобы человек получал в пищевом рационе все жизненно необходимые аминокислоты в нужных количествах и сочетаниях.

Распад белков в организме

Те аминокислоты, которые не пошли на синтез специфических белков, подвергаются превращениям, во время которых освобождаются азотистые вещества. От аминокислоты при этих превращениях отщепляется азот в виде аммиака (NH3). Азот в виде аминогруппы (-NH2), отщепившись от одной аминокислоты, может переноситься на другую, и тогда в организме строятся недостающие ему аминокислоты. Эти процессы идут преимущественно в печени, мышцах, почках. Безазотистый остаток аминокислоты подвергается дальнейшим превращениям с образованием углекислого газа и воды.

Аммиак, образовавшийся при распаде белков в организме, — вещество ядовитое, он обезвреживается в печени, где превращается в мочевину. Мочевина в составе мочи выводится из организма.

Конечные продукты распада белков в организме — не только мочевина, но и мочевая кислота и другие азотистые вещества. Они выводятся из организма с мочой и потом.

3. Обмен углеводов и жиров

Обмен углеводов

В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Углеводы поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.

Углеводы — главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. Больше половины энергии организм взрослых людей получает за счет углеводов. Конечные продукты обмена углеводов — углекислый газ и вода.

В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 0,11%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. В поддержании постоянного уровня сахара в крови большую роль играет печень. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала — гликогена. Гликоген мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1-2%. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы сокращаются.

Если содержание глюкозы в крови увеличивается до 0,17%, то она начинает выводиться из организма с мочой.

Обычно при употреблении большого количества углеводов в моче появляется сахар, и этим самым выравнивается содержание сахара в крови.

Однако в крови может быть и стойкое повышение содержания сахара, которое не выравнивается. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции (например, поджелудочной железы), что приводит к развитию заболевания сахарного диабета. При этом заболевании утрачивается способность связывать сахар в гликоген и начинается усиленное выделение сахара с мочой.

Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Глюкоза входит в состав цитоплазмы и, следовательно, необходима при образовании новых клеток, особенно в период роста.

Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ центральной нервной системы. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.

Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.

Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозг задерживает до 12% приносимой глюкозы, кишечник -9%, мышцы — 7%, почки — 5%. Селезенка и легкие почти совсем не потребляют глюкозу.

Обмен жиров

Общее количество жира в организме человека колеблется в широких пределах и составляет в среднем 10-12% массы тела, а в случаях ожирения может достигать 50% массы тела. Количество запасного жира зависит от характера питания, количества потребляемой пищи, пола, возраста и т. п.

Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь.

Жирные кислоты в процессе всасывания омыляются, т. е. вместе со щелочами и желчными кислотами образуют растворимые комплексы, проходящие через слизистую оболочку кишки. Уже в клетках кишечного эпителия синтезируется жир, свойственный данному организму.

Через лимфатическую и кровеносную систему жиры поступают главным образом в жировую ткань, которая имеет для организма значение депо жира. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах.

Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Жиры входят и в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), где их количество устойчиво и постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.

Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения,снижает выносливость к различным заболеваниям.

Жиры синтезируются в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов.

На этом основана практика откорма сельскохозяйственных животных на сало.

Видовая специфичность жиров выражена слабее, чем видовая специфичность белков. Об этом свидетельствуют опыты, проведенные на собаках. Собак заставляли длительное время голодать, и, когда они теряли почти весь запасный жир, одной из них давали с пищей льняное масло, а другой — бараний жир. Через некоторое время обнаружилось, что собственный жир первой собаки стал жидким и напоминал по некоторым свойствам льняное масло, а жир второй собаки по консистенции был схож с бараньим жиром.

Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как не способны им синтезироваться. Непредельные жирные кислоты содержатся в растительных маслах (больше всего их в льняном и конопляном масле). Много линолевой кислоты и в подсолнечном масле. Этим объясняется высокая питательная ценность маргарина, в котором содержится значительное количество растительных жиров.

С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (витамины A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение.

На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (60-80 г в сутки).

В клетках организма жиры под действием клеточных ферментов (липаз) разлагаются на глицерин и жирные кислоты. Превращения глицерина (при участии АТФ) заканчиваются образованием углекислого газа и воды. Жирные кислоты под действием множества ферментов подвергаются сложным превращениям с образованием в качестве промежуточного продукта уксусной кислоты, которая затем превращается в ацетоуксусную кислоту. Конечные продукты обмена жирных кислот — углекислый газ и вода. Превращения непредельных жирных кислот в организме изучены пока недостаточно.

4. Обмен воды и минеральных солей

Значение воды и солей

Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет пищевые вещества, поступившие в организм. Вместе с минеральными веществами она принимает участие в построении клеток и во многих реакциях обмена.

Вода участвует в регуляции температуры тела; испаряясь, охлаждает тело, предохраняя его от перегрева; транспортирует растворенные вещества.

Вода и минеральные соли создают в основном внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Они участвуют в поддержании осмотического давления и реакции плазмы крови и тканевой жидкости. Некоторые соли, растворенные в жидкой части крови, участвуют в переносе газов кровью.

Вода и минеральные соли входят в состав пищеварительных соков, что во многом определяет их значение для процессов пищеварения. И хотя ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии в организме, поступление их в организм и выведение оттуда являются обязательным условием его нормальной деятельности.

Потеря организмом воды приводит к очень тяжелым нарушениям. Например, при расстройстве пищеварения у грудных детей самым опасным является обезвоживание организма, что влечет за собой судороги, потерю сознания и т. д. Именно резкое обезвоживание организма вследствие потери жидкости служит причиной столь тяжелого течения такого инфекционного заболевания, как холера. Лишение воды на несколько дней смертельно для человека.

Обмен воды

Пополнение тела водой происходит постоянно за счет всасывания ее из пищеварительного тракта. Человеку нужно в сутки 2-2,5 л воды при нормальном пищевом режиме и нормальной температуре окружающей среды. Это количество воды поступает из следующих источников: а) воды, потребляемой при питье (около 1 л); б) воды, содержащейся в пище (около 1 л); в) воды, которая образуется в организме при обмене белков, жиров и углеводов (300-350 мл).

Основные органы, удаляющие воду из организма, — почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почки за сутки из организма удаляют 1,2-1,5 л воды в составе мочи. Потовые железы через кожу в виде пота удаляют 500-700 мл воды в сутки. При нормальной температуре и влажности воздуха на 1 см2 кожного покрова каждые 10 мин выделяется около 1 мг воды. В пустынях Аравийского полуострова, однако, человек ежедневно теряет с потом около 10 л воды. При интенсивной работе в виде пота выделяется также много жидкости: например, за два тайма напряженного футбольного матча футболист теряет около 4 л воды.

Легкие в виде водяных паров выводят 350 мл воды. Это количество резко возрастает при углублении и учащении дыхания, и за сутки тогда может выделиться 700-800 мл воды.

Через кишечник с калом выводится в сутки 100-150 мл воды. При расстройстве деятельности кишечника с калом может выводиться большое количество воды (при поносе), что может привести к обеднению организма водой. Для нормальной деятельности организма важно, чтобы поступление воды полностью покрывало ее расход.

Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс.

Если воды из организма выводится больше, чем поступает в него, то возникает чувство жажды. В результате жажды человек пьет воду до восстановления нормального водного баланса.

Обмен солей

При исключении из пищевого рациона животных минеральных веществ наступают тяжелые расстройства в организме и даже смерть. С наличием минеральных веществ связано явление возбудимости — одного из основных свойств живого. Рост и развитие костей, нервных элементов, мышц зависят от содержания минеральных веществ; они определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы, используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор).

Минеральные соли создают столь необходимое для жизнедеятельности клеток определенное осмотическое давление.

При смешанном питании взрослый человек получает все необходимые ему минеральные вещества в достаточном количестве. Только поваренную соль добавляют к пище человека при ее кулинарной обработке. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ.

Организм постоянно теряет некоторое количество минеральных солей в составе мочи, пота и кала. Поэтому минеральные соли, так же как и вода, должны постоянно поступать в организм. Содержание отдельных элементов в теле человека неодинаково (табл. 13).

Таблица 13. Содержание отдельных элементов в теле человека

Регуляция водно-солевого обмена

Постоянство осмотического давления внутренней среды организма, определяемое содержанием воды и солей, регулируется организмом.

При недостатке воды в организме повышается осмотическое давление тканевой жидкости. Это приводит к раздражению расположенных в тканях особых рецепторов — осморецепторов. Импульсы от них по специальным нервам направляются в головной мозг к центру регуляции водно-солевого обмена. Оттуда возбуждение направляется к железе внутренней секреции — гипофизу, который выделяет в кровь специальный гормон, вызывающий задержку мочеотделения. Уменьшение выделения воды с мочой восстанавливает нарушенное равновесие.

Этот пример наглядно показывает взаимодействие нервных и гуморальных механизмов регуляции физиологических функций. Рефлекс начинается нервным путем с осморецепторов, а затем включается гуморальный механизм — поступление в кровь специального гормона.

Центр регуляции водно-солевого обмена контролирует все пути транспорта воды в организме: выделение ее с мочой, потом и через легкие, перераспределение между органами тела, всасывание из пищеварительного тракта, секрецию, а также потребление воды. Особенно важными в этом отношении оказываются некоторые участки промежуточного мозга. Если животному в эти участки ввести электроды, а затем через них начать раздражать мозг электрическим током, то животные начинают жадно пить воду. При этом количество выпитой воды может превышать 40% массы тела. В результате появляются признаки водного отравления, связанные с понижением осмотического давления плазмы крови и тканевой жидкости. В естественных условиях эти центры промежуточного мозга находятся под контролирующим влиянием коры больших полушарий головного мозга.

Механизм регуляции водного баланса очень важен в практической жизни. В случаях, когда воду приходится экономить, пить ее ни в коем случае не следует залпом, а обязательно очень маленькими глотками. Вы почувствуете, что напились, хотя воды выпили немного. Знание особенностей регуляции водно-солевого обмена важно еще в одном случае. В жаркую погоду обычно очень хочется пить, и, сколько бы вы ни выпили воды, пить все равно хочется. Но стоит сознательно потерпеть немного, несмотря на чувство жажды, и она проходит. Именно поэтому не следует много пить на жаре, в походе и т. д. Правильная тактика здесь такая: зная, что предстоит трудный поход или длительное пребывание на солнце, лучше заранее выпить воды "про запас", в момент, когда пить еще не хочется. В этом случае потом не возникает такое сильное чувство жажды, как если бы вы начали пить на жаре.

Еще два практических совета. Перед отправлением в поход надо выпить минеральной или подсоленной воды или съесть немного умеренно соленой пищи — брынзы, соленого сыра и т. д. — и хорошо запить ее водой. Дело в том, что с потом теряется много солей, а это приводит к нарастанию утомления, мышечной слабости и т. д. Необходимо знать также, что на жаре нередко возникает "ложная жажда": пить хочется не потому, что в организме мало жидкости, а из-за пересыхания слизистой оболочки полости рта. В этом случае достаточно просто пополоскать рот водой.

5. Обмен энергии

Прямая и непрямая калориметрия

Обмен веществ и энергии по существу единый процесс. В итоге сложных превращений, совершающихся в организме, образуется тепло.

Количество энергии, выделяемой организмом за определенный промежуток времени, выражают в единицах тепла — джоулях. Определить количество освобождающейся в организме энергии можно методами прямой и непрямой калориметрии.

Прямую калориметрию производят с помощью специальных аппаратов — калориметрических камер (рис. 59).

В камере стенки не проводят тепло. По потолку камеры проходит система трубок с водой. Человека или животное на определенное время помещают в такую камеру. Тепло, выделяемое организмом, нагревает воду в системе трубок. Измеряют температуру поступающей и вытекающей из камеры воды; определяют разность температур и количество протекшей воды. Это дает возможность получить данные о количестве энергии, выделенной организмом в единицу времени.

Показатели, полученные методом прямой калориметрии, точные. Но метод этот весьма сложен, громоздок, а главное — не дает возможности измерять энергетические затраты организма при различных видах деятельности человека (езда на велосипеде, работа у доменной печи и др.).

Проще производить расчеты расхода энергии методом непрямой калориметрии.

Рис. 59. Схема калориметра. Продуцируемое организмом человека тепло измеряют с помощью термометров (1 и 2) по нагреванию воды, протекающей по трубам в камере (4). Количество протекающей воды измеряют в баке (3). Через окно (5) подают пищу и удаляют экскременты. Посредством насоса (6) воздух извлекают из камеры и прогоняют через баки с серной кислотой (7 и 9) (для поглощения воды) и с натронной известью (8) (для поглощения углекислого газа). Кислород подают в камеру из баллона (10) через газовые часы (11). Давление воздуха в камере поддерживают на постоянном уровне посредством сосуда с резиновой мембраной (12)

Рис. 60. Определение газообмена с помощью мешка Дугласа

Источником энергии в организме служат окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Чем больше организм освобождает энергии, тем интенсивнее в нем идут окислительные процессы. Следовательно, тем больше организм потребляет кислорода и выделяет углекислого газа. Поэтому об энергетических процессах в организме можно судить не только по количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду, как это делают при прямой калориметрии, но и по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, т. е. по величине газообмена.

Для определения количества поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа пользуются различными приспособлениями. В производственных и учебных условиях для этой цели используют маски.

Маска через систему клапанов соединяется с мешком из воздухонепроницаемой ткани (рис. 60), укрепляемым на теле испытуемого. Клапаны дают возможность свободно вдыхать атмосферный воздух, а выдыхаемый воздух направляется в мешок. Выдохнутый воздух из мешка пропускают через газовые часы для определения его объема, а затем химическим путем определяют в нем процентное содержание кислорода и углекислого газа. Зная состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, можно рассчитать количество поглощенного кислорода и выдохнутого углекислого газа.

Поглощаемый организмом кислород идет на окисление белков, жиров и углеводов. Для окисления 1 г белков, жиров или углеводов требуется разное количество кислорода, а следовательно, при этом освобождается и разное количество энергии (табл. 14).

Таблица 14. Образование энергии при окислении веществ в организме

Из таблицы 14 видно, что потребление 1 л кислорода и выделение 1 л углекислого газа сопровождаются образованием определенного количества энергии. Однако при этом необходимо знать, какие вещества — белки, жиры или углеводы — окислились в организме. Для этого определяют величину дыхательного коэффициента.

Дыхательным коэффициентом называют отношение объема выделенного организмом углекислого газа к объему поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент различен при окислении белков, жиров и углеводов. Окисление углеводов (глюкозы, например) можно выразить уравнением:

Из уравнения видно, что при окислении глюкозы число молекул образовавшегося углекислого газа и поглощенного кислорода равно. Следовательно, дыхательный коэффициент при окислении углеводов равен единице:

В молекуле жира мало внутримолекулярного кислорода, поэтому на окисление ее требуется больше кислорода. Дыхательный коэффициент в этом случае меньше 1. При окислении белков дыхательный коэффициент равен 0,8. При смешанной пище, которую обычно употребляет человек, дыхательный коэффициент колеблется от 0,85 до 0,9.

При окислении белков, жиров и углеводов (при потреблении 1 л кислорода) освобождается разное количество энергии. Следовательно, при разном дыхательном коэффициенте количество освобождающей энергии при поглощении 1 л кислорода будет различным. Эта зависимость видна из таблицы 15.

Зная величину газообмена, можно вычислить расход энергии в организме. Поступают при этом так.

Таблица 15. Зависимость количества энергии, освобождающейся при окислении, от величины дыхательного коэффициента

По количеству потребленного кислорода и выделенного углекислого газа определяют дыхательный коэффициент. Затем по таблицам устанавливают количество тепла, образующегося при поглощении 1 л кислорода (или при выделении 1 л углекислого газа) при данном дыхательном коэффициенте. Полученную величину умножают на количество литров поглощенного кислорода. Таким образом определяют количество энергии, отданной человеком за определенное время.

Метод назван непрямой калориметрией, потому что о количестве энергии, выделенной организмом, мы судим по количеству поглощенного кислорода (или выделившегося углекислого газа) в единицу времени.

Основной обмен

Даже в условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии. В организме непрерывно тратится энергия на физиологические процессы, которые не останавливаются ни на минуту. Идут процессы обмена в клетках, поддерживается постоянная температура тела.

Минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат называют основным обменом.

Основной обмен определяют у человека в состоянии мышечного покоя лежа, натощак, т. е. через 12-16 ч после еды, при температуре окружающей среды 18-20°С (температура "комфорта"). У человека среднего возраста основной обмен составляет 4186 дж на 1 кг массы в 1 ч. В среднем это 7 140 000-7 560 000 дж в сутки.

Для каждого человека величина основного обмена относительно постоянна.

Определение величины основного обмена часто имеет диагностическое значение. Повышается основной обмен при избыточной функции щитовидной железы и некоторых других заболеваниях. При недостаточности функции щитовидной железы, гипофиза, половых желез основной обмен снижается.

Расход энергии при мышечной деятельности

Чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек. У школьников подготовка к уроку, урок в школе требуют энергии на 20-50% выше, чем энергия основного обмена.

При лабораторных занятиях, ручном труде, несложной гимнастике, играх средней подвижности затраты энергии на 75-125% превышают величины основного обмена.

При ходьбе затраты энергии на 150-170% превышают энергию основного обмена. При беге, подъеме по лестнице затраты энергии в три-четыре раза превышают основной обмен.

У мальчиков расход энергии обычно выше, чем у девочек. Тренировка организма значительно сокращает расход энергии на выполняемую работу. Это связано с уменьшением числа мышц, принимающих участие в работе, а также с изменениями дыхания и кровообращения.

При механизации труда в сельском хозяйстве и промышленности, внедрении машинной техники снижаются затраты энергии работающими людьми. При умственном труде энергетические затраты ниже, чем при физическом.

У людей разных профессий затраты энергии различны.

6. Питание

Энергия пищевых веществ

Для пополнения энергетических запасов в организме, построения и восстановления тканей тела необходимо поступление в организм питательных веществ. К питательным веществам относят белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины и воду. Эти вещества организм получает в составе пищевых продуктов (мясо, молоко, хлеб, крупа, овощи и др.).

Для энергетического баланса организма важно знать не только количество тепла, выделяемое организмом в процессе жизнедеятельности, но и энергию пищевых веществ. Для организма важно, чтобы в получаемой им ежедневно пище содержалось то количество энергии, которое он тратит в течение суток.

Энергия пищевых веществ эквивалентна теплоте их сгорания. Определить ее можно с помощью калориметрической бомбы. Бомба представляет собой герметически закрывающийся стальной стакан, внутрь которого введена платиновая проволока. В стакан помещают 1 г жира, белка или углеводов, заполняют его кислородом и опускают в сосуд с водой; через платиновую проволоку пропускают электрический ток. Пищевое вещество сгорает. При этом освобождается тепло, которое нагревает воду, окружающую бомбу.

По изменению температуры воды в калориметре судят о количестве тепла, освобождающегося при сгорании 1 г вещества.

При сжигании в бомбе жиров и углеводов тепла образуется столько же, сколько при распаде этих веществ в организме. Это происходит потому, что и в бомбе, и в организме жиры и углеводы распадаются до одних и тех же конечных продуктов: углекислого газа и воды. Энергетическая ценность 1 г углеводов равна 17 220 дж, а 1 г жира — 39 060 дж.

Белки при сжигании в калориметрической бомбе образуют большее количество тепла, чем при окислении в организме. Это объясняется тем, что в бомбе белки сгорают с образованием углекислого газа, воды и аммиака, в организме конечными продуктами обмена белков являются мочевина, мочевая кислота и другие соединения, обладающие еще запасами энергии. Поэтому в бомбе 1 г яичного белка при сгорании освобождает 23 940 дж тепла, а при окислении в организме — 17 220 дж.

Зная энергетическую ценность принятых с пищей белков, жиров и углеводов, можно рассчитать калорийность пищевого рациона человека, что важно при организации полноценного питания.

Усвояемость пищи

Пищевые вещества не полностью усваиваются организмом; часть введенной пищи выводится кишечником в неизмененном виде. Растительная пища усваивается хуже, чем пища животного происхождения. Смешанная пища усваивается лучше, чем отдельные пищевые продукты. Белки животной пищи усваиваются на 97%, растительной — на 85%, смешанной — на 92%. Питательная, но кулинарно плохо обработанная пища усваивается хуже.

Опрятно и хорошо сервированный стол повышает аппетит и способствует лучшему усвоению пищи.

Нормы питания

При составлении пищевого рациона обычно учитывают калорийность принимаемой пищи. Однако этого недостаточно для организации полноценного питания. Для организма важно, чтобы в пище были все необходимые пищевые вещества (белки, жиры, углеводы, вода, минеральные соли и витамины). Важно и соотношение пищевых веществ в рационе.

Потребность в белках для взрослого человека в сутки составляет 100-110 г. При тяжелом физическом труде норма белков в пищевом рационе должна составлять 150-160 г. Большое количество принятых белков нарушает обмен веществ, образуются промежуточные продукты обмена, вредные для организма.

Для растущего детского организма норма белков в питании относительно выше, чем для взрослого человека. Для детей 1-3 лет необходимо 55 г белков в сутки, для детей 4-6 лет — 72 г, для детей 8-9 лет — 89 г. В возрасте 10-15 лет в сутки требуется 100-106 г белков.

Чем моложе организм, тем больше он нуждается в жирах. За сутки ребенок младшего школьного возраста должен потреблять до 85 г жиров (взрослые — около 60 г). Недостаток жиров в пище вызывает у детей снижение иммунных свойств и меньшую устойчивость организма к неблагоприятным воздействиям.

Суточное количество углеводов в пище человека должно составлять 400-500 г.

Для детей особенно важно, чтобы они потребляли не только достаточное количество пищевых веществ, но чтобы эти вещества находились в определенном соотношении. Для детей младшего школьного возраста наилучшим считается отношение белков к жирам и углеводам как 1:1:6, а для детей более раннего возраста — как 1:2:3.

Самое лучшее отношение между вводимым с пищей фосфором и кальцием в рационе дошкольников 1,5:1,0, младших школьников 2:1. Соотношение между кальцием и магнием должно сохраняться на уровне 1:0,75. В смешанной пище эти отношения поддерживаются легко.

При смешанном питании в организм поступает разнообразный набор аминокислот, витаминов, отчего ценность пищи повышается. В гречневой крупе нет многих аминокислот, но при добавлении к ней молока этот недостаток компенсируется. Пшеница содержит много фосфора и мало кальция, но горох, молоко, земляника имеют кальций, и потому употребление всех этих продуктов делает пищу полезнее. В молоке есть хлористый натрий, которого нет в рисе. Много железа содержится в мясе, яичном желтке, но его мало в молоке.

Разнообразная пища вызывает лучший аппетит, обильную секрецию пищеварительных соков, что способствует ее лучшему усвоению.

Режим питания

Для учащихся наиболее рационален трех-, четырехразовый прием пищи. При таком режиме питания интервал между приемами пищи не превышает 6 ч. За это время основное количество принятой пищи переходит в кишечник, и желудок, уже освободившийся, способен вместить очередную порцию пищи.

Пищу следует принимать в одно и то же время. При этом образуется условный рефлекс на время, в желудке выделяется аппетитный сок, способствующий лучшему пищеварению.

Утренний завтрак детей должен быть сытным и содержать не менее 25% суточного рациона. Второй завтрак в школе может составлять 20% суточной нормы. В школьном горячем завтраке должно содержаться 15-30 г белков, 15-20 г жиров, 80-100 г углеводов. Ассортимент продуктов должен быть разнообразным и содержать мясо, рыбу, масло, молоко, яйца, сыр. Обед обычно составляет 35% суточной нормы, ужин — около 20%.

Мясные и рыбные блюда рекомендуется принимать в первую половину дня, так как они богаты экстрактивными веществами и продукты их переваривания возбуждающе действуют на нервную систему.

Составьте пищевой рацион для школьника IX класса. Для этого воспользуйтесь специальными таблицами, где указано процентное содержание в пищевых продуктах белков, жиров и углеводов и калорийность на 100 г продукта (табл. 16).

Таблица 16. Состав пищевых продуктов и их калорийность

Исходить нужно из того, что школьник VIII-IX класса затрачивает в сутки около 13 440 000- 14 700 000 дж (табл. 17). Для того чтобы питание было рациональным, для покрытия таких энергозатрат нужно соответствующее количество пищевых продуктов (табл. 18).

Таблица 17. Суточная энергетическая потребность детей и подростков различного возраста (в дж)

Таблица 18. Суточные нормы белков, жиров и углеводов в пище детей и подростков (в г)

Необходимо учесть, что в пищевой рацион должны входить витамины, минеральные соли, вода. Рекомендуется включать одну треть белков и жиров в виде продуктов животного происхождения. Хлеб необходимо давать черный и белый.

Наиболее рационален четырехразовый режим питания, поэтому, составляя рацион, следует рассчитывать первый и второй завтраки, обед и ужин. Первый завтрак должен содержать около 25% всего суточного рациона, второй завтрак — 20%, обед — 35% и ужин — 20%.

Приступая к составлению пищевого рациона, заполните таблицу (табл. 19). Если после окончательного подсчета количества белков, жиров и углеводов в суточном рационе окажется, что оно не вполне соответствует принятым нормам, следует соответственно уменьшить или увеличить количество питательных веществ.

Таблица 19. Суточный рацион пищевых продуктов

Вопросы и задание к главе "Обмен веществ и энергии. Питание"

1. Составьте пищевой рацион для ученика первого класса.

2. Как изменяется расход энергии в зависимости от работы?

3. На что расходуется энергия в условиях основного обмена?

4. Каково значение АТФ в клетке?

5. Какие функции в обмене веществ выполняет печень?

Глава VII. Выделение

1. Функции почек

В процессе обмена веществ образуются продукты распада. Часть этих продуктов используется организмом, другие удаляются из него.

Через легкие из организма выводятся углекислый газ, вода и некоторые летучие вещества.

Кишечник выделяет некоторые соли в составе кала, потовые железы — воду, соли, ряд органических веществ.

Основная роль в выделительных процессах принадлежит почкам, которые выводят из организма лишнюю воду, соли, аммиак, мочевину, мочевую кислоту. Через почки удаляются из организма многие чужеродные и ядовитые вещества, образующиеся в организме или принятые в виде лекарств.

Почки способствуют поддержанию постоянства состава внутренней среды организма. Излишек воды или солей в крови способен вызвать изменение осмотического давления, что опасно для жизнедеятельности клеток нашего тела. Почки выводят из организма излишек воды и минеральных солей, восстанавливая постоянство осмотических свойств крови.

Почки поддерживают постоянную реакцию крови. При накоплении в крови кислых или щелочных продуктов обмена через почки увеличивается выделение излишков соответствующих солей.

При питании мясной пищей в организме образуется много кислых продуктов обмена, соответственно и моча становится более кислой. При употреблении растительной пищи реакция мочи сдвигается в щелочную сторону.

В поддержании постоянства реакции крови очень важную роль играет способность почек синтезировать аммиак, который связывает кислые продукты, замещая в них ионы натрия и калия. При этом образуются аммонийные соли, которые выводятся в составе мочи, а ионы натрия и калия сохраняются для нужд организма.

2. Строение почек

В почках происходит процесс образования мочи из веществ, приносимых кровью. Строение почки сложное. В ней различают наружный, более темный, корковый слой и внутренний, мозговой слой (цвет. табл. IV). Структурная и функциональная единица почки — нефрон (почечное тельце) (рис. 61). В каждой почке насчитывается около 1 млн. микроскопических нефронов.

Почечное тельце начинается в корковом веществе почки небольшой капсулой, имеющей форму двустенной чаши, внутри которой находится клубочек кровеносных капилляров. Между стенками капсулы имеется полость, от которой начинается мочевой каналец. Он извивается и затем переходит в мозговой слой. Это извитой почечный каналец первого порядка.

В мозговом слое почки каналец выпрямляется, образует петлю и возвращается в корковый слой. Здесь мочевой каналец вновь извивается, образуя извитой почечный каналец второго порядка. Извитой каналец второго порядка впадает в выводкой проток — собирательную трубку. Собирательные трубки, сливаясь, образуют общие выводные протоки. Эти протоки проходят через мозговой слой почки к верхушкам сосочков, которые выступают в полость почечной лоханки. Моча из почечных лоханок поступает в мочеточники, которые соединены с мочевым пузырем.

Рис. 61. Схема строения почечного тельца: 1 — клубочек; 2 — извитой почечный каналец первого порядка; 3 — нисходящая часть петли; 4 — восходящая часть петли; 5 — извитой почечный каналец второго порядка; 6 — собирательные трубки

Общая длина канальцев одного почечного тельца достигает 35 — 50 мм. В почках имеется примерно 130 км трубок, по которым проходит жидкость.

3. Кровоснабжение почек

Почки обильно снабжаются кровью. Артериола, подходящая к капсуле почечного тельца, — приносящий сосуд — в капсуле распадается на 50 капиллярных петель, образующих клубочек (рис. 62). Капилляры клубочка собираются вновь в артериолу, называемую выносящим сосудом, по которому кровь оттекает от клубочка. Характерно, что просвет выносящего сосуда уже просвета приносящего сосуда, что создает благоприятные условия для образования мочи.

Рис. 62. Схема строения клубочка: 1 — приносящий сосуд; 2 — выносящий сосуд; 3 — капилляры клубочка; 4 — полость капсулы; 5 — извитой почечный каналец; 6 — капсула

Выносящий сосуд, выйдя из клубочка капилляров, вновь разветвляется на капилляры и густо оплетает капиллярной сетью извитые почечные канальцы первого и второго порядка. Таким образом, в почке мы встречаемся с такой особенностью кровообращения, когда артериальная кровь проходит через двойную сеть капилляров: вначале через капилляры клубочка, затем через капилляры, оплетающие извитые почечные канальцы. Капилляры собираются в мелкие вены, которые, укрупняясь, образуют почечную вену, впадающую в нижнюю полую вену.

4. Образование мочи

Образование мочи идет в две фазы. Первая фаза — фильтрационная. На этом этапе вещества, приносимые кровью в капилляры клубочка, фильтруются в полость капсулы почечного тельца. В связи с тем, что просвет приносящего сосуда шире, чем выносящего, давление в клубочке капилляров достигает высоких величин (до 70 мм рт. ст.). Высокое давление в капиллярах клубочка обеспечивается еще и тем, что почечные артерии отходят прямо от брюшной аорты и кровь поступает в почки под большим давлением.

Итак, в капиллярах клубочка давление крови достигает 70 мм рт. ст., а давление в полости капсулы низкое (около 30 мм рт. ст.). За счет разности давления происходит фильтрация веществ, находящихся в крови, в полость капсулы почечного тельца.

В полость капсулы из плазмы крови, протекающей через капилляры клубочка, фильтруются вода и все растворенные в плазме вещества, за исключением крупномолекулярных соединений. Неорганические соли и такие органические соединения, как мочевина, мочевая кислота, глюкоза, аминокислоты, свободно проходят через стенки капилляров в полость капсулы. Белки с высоким молекулярным весом не проходят в полость капсулы и остаются в крови.

Жидкость, профильтровавшаяся в просвет капсулы, носит название первичной мочи. По составу она соответствует плазме крови без белков (табл. 20).

Таблица 20. Содержание веществ в плазме крови и моче

В сутки образуется около 150-170 л первичной мочи. Через почки в течение суток проходит 1700 л крови. Таким образом, из каждых 10 л крови, протекающей через капилляры клубочков, образуется около 1 л первичной мочи.

Во вторую фазу образования мочи происходит всасывание воды и некоторых составных частей первичной мочи обратно в кровь. Первичная моча, протекая по извитым канальцам, отдает крови воду, многие соли, глюкозу, аминокислоты и некоторые другие органические вещества. Мочевина, мочевая кислота обратно не всасываются, поэтому их концентрация в моче по ходу канальцев увеличивается.

Помимо обратного всасывания (реабсорбции) в канальцах происходит и активный процесс секреции, т. е. выделения в просвет канальцев некоторых веществ. Благодаря секреторной функции канальцев из организма удаляются вещества, которые по каким-либо причинам не могут профильтроваться из клубочка капилляров в полость капсулы почечного тельца.

В результате обратного всасывания и активной секреции у взрослого человека в мочевых канальцах образуется до 1,5 — 2,5 л вторичной (конечной) мочи в сутки; у детей количество мочи меньше.

5. Регуляция деятельности почек

Деятельность почек регулируется с помощью нервных и гуморальных механизмов. Почки обильно снабжены волокнами симпатической нервной системы и блуждающего нерва.

При раздражении симпатического нерва, подходящего к почкам, суживаются кровеносные сосуды почек, количество притекающей крови уменьшается, давление в клубочках падает, в результате уменьшается мочеобразование.

Резко уменьшается мочеотделение при болевых раздражениях. Это происходит из-за рефлекторного сужения кровеносных сосудов почки при болях.

На деятельность почек влияет и кора больших полушарий головного мозга. Если собаке оперативным путем вывести концы мочеточников наружу, подшить их к коже живота и начать вводить в желудок воду, сочетая это со звуком трубы, то после нескольких таких сочетаний один звук трубы (без введения воды в желудок) будет вызывать обильное отделение мочи. Это условный рефлекс.

Условнорефлекторным путем можно вызвать и задержку отделения мочи. Если раздражать лапу собаки сильным электрическим током, то от боли у нее снижается образование мочи. После многократного нанесения болевых раздражений одно только пребывание собаки в комнате, где ей наносилось болевое раздражение, вызывает снижение мочеобразования.

Количество отделяющейся мочи зависит от потребностей организма в воде.

Если человек испытывает жажду, то осмотическое давление крови вследствие недостатка воды повышается. Это приводит к раздражению осморецепторов, расположенных в кровеносных сосудах. Импульсы от них следуют в центральную нервную систему. Оттуда они направляются в железу внутренней секреции — гипофиз, который увеличивает выработку антидиуретического гормона (АДГ). Этот гормон, поступая в кровь, приносится к извитым канальцам почек и вызывает усиление обратного всасывания воды в извитых почечных канальцах второго порядка. Объем конечной мочи уменьшается, в организме удерживается вода, и осмотическое давление крови выравнивается.

6. Искусственная почка

Удаление обеих почек у животных или резкое нарушение функции почек у человека приводит через короткий промежуток времени (3-5 дней) к смерти. Смерть наступает из-за отравления организма продуктами обмена, которые теперь накапливаются в больших количествах.

Для временной замены функции почек (при отравлениях, операциях на почке) создан аппарат, получивший название искусственной почки. С его помощью из крови удаляются те продукты обмена, которые обычно выводятся из организма почками.

В основе работы искусственной почки лежит принцип диализа (отделение коллоидов от истинно растворенных веществ) и ультрафильтрация через тонкую полупроницаемую перегородку. Такой перепонкой служит спирально намотанный в виде трубки целлофан. В целлофановой трубке течет кровь, а вокруг нее находится солевой раствор, близкий по составу к раствору Рингера и нагретый до 37° С. Ряд веществ, растворенных в крови, проходящей по целлофановой трубке, диффундирует в солевой раствор. Таким путем за 1 ч удается удалять из крови человека от 6 до 16 г мочевины.

Рис. 63. Схема искусственной почки, присоединенной к больному

Целлофановая трубка соединена с двумя канюлями, одна из которых вводится в артерию, а другая — в вену (рис. 63).

Подключая искусственную почку 2-3 раза в неделю, удается поддерживать жизнь больных с нарушенными функциями почек в течение нескольких лет (или же до восстановления функции собственных почек).

Вопросы к главе "Выделение"

1. Какие органы выполняют выделительные функции у человека?

2. Какова роль почек в поддержании постоянства внутренней среды организма?

Глава VIII. Биоэлектрические явления в организме

1. История открытия "животного электричества"

Спор Гальвани и Вольта

Возникновение и распространение возбуждения связано с изменением электрического заряда живой ткани, с там называемыми биоэлектрическими явлениями.

Электрические явления в животных организмах известны давно. Еще в 1776 г. они были описаны у электрического ската. Началом же экспериментального изучения электрических явлений в животных тканях следует считать опыты итальянского врача Луиджи Гальвани (1791). В опытах он использовал препараты задних лапок лягушки, соединенных с позвоночником. Подвешивая эти препараты на медном крючке к железным перилам балкона, он обратил внимание, что, когда конечности лягушки раскачивались ветром, их мышцы сокращались при каждом прикосновении к перилам. На основании этого Гальвани пришел к выводу, что подергивания лапок были вызваны "животным электричеством", зарождающимся в спинном мозге лягушки и передаваемым по металлическим проводникам (крючку и перилам балкона) к мышцам конечностей.

Против этого положения Гальвани о "животном электричестве" выступил физик Александр Вольта. В 1792 г. Вольта повторил опыты Гальвани и установил, что описанные Гальвани явления нельзя считать "животным электричеством". В опыте Гальвани источником тока служил не спинной мозг лягушки, а цепь, образованная из разнородных металлов, — меди и железа.

Вольта был прав. Первый опыт Гальвани не доказывал наличия "животного электричества", но эти исследования привлекли внимание ученых к изучению электрических явлений в живых образованиях.

В ответ на возражение Вольта Гальвани произвел второй опыт, уже без участия металлов. Конец седалищного нерва он набрасывал, стеклянным крючком на мышцу конечности лягушки; при этом также наблюдалось сокращение этой мышцы.

Опыт 21

Проделайте первый опыт Гальвани. Для этого обездвижьте лягушку и перережьте ее поперек тела в области верхних грудных позвонков. Захватив остаток позвоночника салфеточкой, снимите с задних конечностей кожу, а затем пинцетом удалите остатки внутренностей. Теперь хорошо видны нервные стволики крестцового сплетения, лежащие с обеих сторон позвоночника пучками. Подведите под оба пучка нервных волокон одну пластинку пинцета Гальвани, а другой пластинкой пинцета прикоснитесь к нервам сверху. Мышцы лапок при этом сокращаются (рис. 64, I). Пинцет Гальвани состоит из цинковой и медной пластинок. Объясните, почему сокращаются мышцы лапок в опыте Гальвани.

Опыт 22

А теперь приготовьте нервно-мышечный препарат лягушки. Основные этапы приготовления нервно-мышечного препарата приведены на рисунке 65.

Рис. 64. Первый (I) и второй (II) опыты Гальвани

Лягушку обездвиживают, берут левой рукой за бедра (в этом положении хорошо выделяется позвоночник) и перерезают позвоночник на 1-1,5 см выше места отхождения тазовых костей (рис. 65, 1). Свисающую переднюю часть туловища и внутренности удаляют. Остаток позвоночника крепко держат пинцетом или левой рукой. Другим пинцетом захватывают кожу около позвоночника и тянут ее вниз, чтобы, выворачивая, снять с конечностей (рис. 65, 2). Конечности кладут на чистую тарелку и заливают раствором Рингера. Руки моют или тщательно вытирают с них слизь, покрывающую кожу лягушки. Захватывают пинцетом или рукой кусочек позвоночника и подгибают его вниз так, чтобы конечности висели под углом к позвоночнику и хорошо выделялась копчиковая кость (рис. 65, 3).

Осторожно вырезают копчиковую кость. Ножницы при этом нужно держать как можно ближе к кости, чтобы не повредить идущие параллельно с обеих сторон нервы. Вырезав копчик, кладут препарат на тарелку и разделяют его на две половины. Для этого перерезают вдоль сначала остаток позвоночника, а затем лобковое сочленение (рис. 65, 4).

Одну конечность оставляют как запасную, сохраняя ее в растворе Рингера; другую кладут на спинную сторону и отделяют ножницами подвздошную кость. Захватив пинцетом кусочек позвоночника, отводят в сторону седалищный нерв и удаляют подвздошную кость. При помощи двух пинцетов раздвигают мышцу на спинной поверхности бедра по средней линии (рис. 65, 5). Осторожно, не касаясь ножницами и пинцетом нерва, отделяют его от окружающих тканей вдоль бедра до колена. (Лучше это делать стеклянным крючком.) Нерв отводят в сторону и бедренную кость освобождают от мышц (рис. 65, 6). На голени отделяют от кости икроножную мышцу,подрезав ахиллово сухожилие, и привязывают к нему нитку. Голень и стопу отрезают ниже колена (рис. 65, 7). Препарат кладут в стакан с раствором Рингера.

Опыт 23

Проделайте второй опыт Гальвани (сокращение мышцы без металла). Для этого нервно-мышечный препарат положите на дощечку. Отрежьте кусочек мышцы и стеклянным крючком быстро набросьте нерв препарата на пораненный участок мышцы так, чтобы он одновременно коснулся поврежденной и неповрежденной поверхности мышцы (рис. 64, II). Мышца при этом сокращается. Объясните, почему это происходит.

Гальвани все же оказался прав в своем утверждении о существовании "животного электричества", что позже было подтверждено исследованиями других ученых. В этом отношении интересны опыты Маттеучи, получившие название опытов вторичного сокращения.

Рис. 65. Последовательные этапы (1-7) приготовления нервно-мышечного препарата лягушки

Рис. 66. Схема опыта вторичного сокращения

Опыт 24

На мышцу одного нервно-мышечного препарата набросьте нерв другого нервно-мышечного препарата (рис. 66) и раздражайте электрическим током нерв первого препарата. Вы наблюдаете сокращение мышцы и второго препарата. Это объясняется тем, что при возбуждении в мышце первого препарата возникают токи действия, которые вызывают возбуждение второго нервно-мышечного препарата.

В дальнейшем в изучение биоэлектрических явлений очень важный вклад внесли русские ученые, среди них И. М. Сеченов, обнаруживший с помощью гальванометра электрические явления в головном мозге, Н. Е. Введенский, А. Ф. Самойлов.

В настоящее время имеются весьма совершенные, высокочувствительные приборы (электронно-лучевые трубки с электронными усилителями), позволяющие регистрировать электрические явления в животных тканях. Такими приборами являются катодные осциллографы.

Причина появления электрических токов, возникающих при возбуждении, заключается в том, что участок ткани (мышца, нерв и т. д.) в момент возбуждения заряжается электроотрицательно по отношению к другим участкам, находящимся в состоянии покоя, заряженным электроположительно. Таким образом возникает разность потенциалов — необходимое условие для появления электрического тока.

2. Потенциал покоя и потенциал действия

Потенциал покоя

Между наружной поверхностью клетки и ее цитоплазмой в состоянии покоя существует разность потенциалов около 0,06-0,09 в, причем поверхность клетки заряжена электроположительно по отношению к цитоплазме. Эту разность потенциалов называют потенциалом покоя или мембранным потенциалом. Точное измерение потенциала покоя возможно только с помощью микроэлектродов, предназначенных для внутриклеточного отведения токов, очень мощных усилителей и чувствительных регистрирующих приборов — осциллографов.

Микроэлектрод (рис. 67, 69) представляет собой тонкий стеклянный капилляр, кончик которого имеет диаметр около 1 мкм. Этот капилляр заполняют солевым раствором, погружают в него металлический электрод и соединяют с усилителем и осциллографом (рис. 68). Как только микроэлектрод прокалывает покрывающую клетку мембрану, луч осциллографа отклоняется вниз из своего исходного положения и устанавливается на новом уровне. Это свидетельствует о наличии разности потенциалов между наружной и внутренней поверхностью клеточной мембраны.

Рис. 67. Стеклянные микроэлектроды: А — одноканальный; Б — двухканальный; справа- кончик микроэлектрода около тела нейрона

Рис. 68. Измерение электрической активности мышечного волокна (А) с помощью микроэлектрода (схема): М — микроэлектрод; И — индифферентный электрод. Луч на экране осциллографа (Б) показывает, что до прокола микроэлектродом мембраны разность потенциалов между М и И была равна нулю. В момент прокола (показан стрелкой) обнаружена разность потенциалов, указывающая, что внутренняя сторона мембраны заряжена электроотрицательно по отношению к ее наружной поверхности

Наиболее полно происхождение потенциала покоя объясняет так называемая мембранно-ионная теория. Согласно этой теории все клетки покрыты мембраной, имеющей неодинаковую проницаемость для различных ионов. В связи с этим внутри клетки в цитоплазме в 30-50 раз больше ионов калия, в 8-10 раз меньше ионов натрия и в 50 раз меньше ионов хлора, чем на поверхности. В состоянии покоя клеточная мембрана более проницаема для ионов калия, чем для ионов натрия. Диффузия положительно заряженных ионов калия из цитоплазмы на поверхность клетки придает наружной поверхности мембраны положительный заряд.

Таким образом, поверхность клетки в покое несет на себе положительный заряд, тогда как внутренняя сторона мембраны оказывается заряженной отрицательно за счет ионов хлора, аминокислот и других крупных органических анионов, которые через мембрану практически не проникают (рис. 70).

Потенциал действия

Если участок нервного или мышечного волокна подвергнуть действию достаточно сильного раздражителя, то в этом участке возникает возбуждение, проявляющееся в быстром колебании мембранного потенциала и называемое потенциалом действия.

Потенциал действия можно зарегистрировать либо с помощью электродов, приложенных к внешней поверхности волокна (внеклеточное отведение), либо микроэлектрода, введенного в цитоплазму (внутриклеточное отведение).

При внеклеточном отведении можно обнаружить, что поверхность возбужденного участка на очень короткий период, измеряемый тысячными долями секунды, становится заряженной электроотрицательно по отношению к покоящемуся участку.

Рис. 69. Манипулятор (А) и микроэлектрод (Б) на голове кролика

Рис. 70. Схема неповрежденного поляризованного нервного волокна

Причина возникновения потенциала действия — изменение ионной проницаемости мембраны. При раздражении проницаемость клеточной мембраны для ионов натрия повышается. Ионы натрия стремятся внутрь клетки, так как, во-первых, они заряжены положительно и их влекут внутрь электростатические силы, во-вторых, концентрация их внутри клетки невелика. В покое клеточная мембрана была малопроницаемой для ионов натрия. Раздражение изменило проницаемость мембраны, и поток положительно заряженных ионов натрия из внешней среды клетки в цитоплазму значительно превышает поток ионов калия из клетки наружу. В результате внутренняя поверхность мембраны становится заряженной положительно, а наружная вследствие потери положительно заряженных ионов натрия отрицательно. В этот момент и регистрируется пик потенциала действия.

Повышение проницаемости мембраны для ионов натрия продолжается очень короткое время. Вслед за этим в клетке возникают восстановительные процессы, приводящие к тому, что проницаемость мембраны для ионов натрия вновь понижается, а для ионов калия возрастает. Поскольку ионы калия также заряжены положительно, то, выходя из клетки, они восстанавливают исходные отношения снаружи и внутри клетки.

Накопления ионов натрия внутри клетки при многократном возбуждении ее не происходит потому, что ионы натрия эвакуируются из нее постоянно за счет действия специального биохимического механизма, называемого "натриевым насосом". Есть данные и об активном транспорте ионов калия с помощью "натрий-калиевого насоса".

Таким образом, согласно мембранно-ионной теории в происхождении биоэлектрических явлений решающее значение имеет избирательная проницаемость клеточной мембраны, обусловливающая разный ионный состав на поверхности и внутри клетки, а следовательно, и разный заряд этих поверхностей. Следует заметить, что многие положения мембранно-ионной теории все еще дискуссионны и нуждаются в дальнейшей разработке.

3. Значение регистрации биоэлектрических явлений

Электроэнцефалография

Так как электрическая активность многих органов человека в норме имеет типичные и постоянные характеристики, то методы электрофизиологии широко используются для диагностики болезней в практической медицине. Большие успехи достигнуты в тонком распознавании болезней сердца, нервной системы, мышц. Электрофизиологические методы сыграли важную роль в решении многих проблем космической физиологии. С помощью методов телеметрии оказалось возможным передавать информацию о состоянии сердечной мышцы, деятельности мозга, скелетной мускулатуры и других органов в условиях невесомости, перегрузок.

Под электроэнцефалографией понимают запись биоэлектрических явлений, протекающих в головном мозге, преимущественно в коре больших полушарий.

Для отведения биотоков от различных структур головного мозга используют электроды различной конструкции. В эксперименте на животных электроды можно ввести через кости черепа прямо в нужный участок головного мозга. Такие "вживленные" электроды долго удерживаются в мозге специальным креплением и позволяют изучать электрическую активность определенных участков головного мозга при различных состояниях животного.

В настоящее время возможна длительная регистрация электрических явлений даже в отдельных клетках мозга с помощью микроэлектродов.

При записи биотоков мозга человека — электроэнцефалограммы — пользуются обычно серебряными электродами, имеющими вид пластинки размером с двухкопеечную монету. Электроды на голове испытуемого человека укрепляют с помощью шлемов-сеток. Шлемы изготовляют из эластичных резиновых тяжей, натяжение которых регулируется. Шлемы, плотно прилегая к голове испытуемого, надежно удерживают электроды (рис. 71, 72).

Запись биотоков мозга производится на приборах — электроэнцефалографах, имеющих разную конструкцию и включающих несколько усилителей биотоков, осциллографы и сложный пульт управления ими. Один из современных электроэнцефалографов представлен на рисунке 73. В настоящее время выпускаются приборы, позволяющие регистрировать одновременно электрическую активность от 2 до 32 точек мозга.

Рис. 71. Шлемы для крепления электродов

Рис. 72. Схема расположения электродов для регистрации энцефалограммы у человека: А — схема расположения электродов; Б, В — расположение электродов на голове испытуемого (вид сбоку и спереди)

Еще большие возможности открывает предложенная советскими учеными М. Н. Ливановым и В. М. Ананьевым методика электроэнцефалоскопии. Сконструированный ими прибор регистрирует активность сразу 100 участков коры в виде светящихся и непрерывно меняющих свою яркость точек. Таким образом, исследователь получает возможность наблюдать как бы движущуюся мозаику процесса возбуждения в коре больших полушарий. Для точного анализа электрических колебаний, возникающих в головном мозге, используют электронные вычислительные машины.

Электрическая активность мозга человека носит ритмический характер. Электроды, расположенные на поверхности головы, снимают токи сразу от многих клеток мозга, лежащих под ними. Поэтому общий характер электроэнцефалограммы оказывается очень сложным. Вместе с тем удалось установить, что наиболее выраженных и часто встречающихся ритмов колебания электрической активности немного. Названия этих ритмов условно обозначены греческими буквами (рис. 74, табл. 21).

При ограниченном поступлении центростремительных импульсов в исследуемый участок мозга обычно наблюдаются медленные волны, с большим размахом колебаний. Если же в кору поступают многочисленные импульсы, то клетки в этом участке могут находиться в разных стадиях возбуждения и общая электрическая активность над этим участком характеризуется частыми колебаниями с небольшой амплитудой типа бета-ритма. На рисунке 75 приведена электроэнцефалограмма затылочной области коры (там располагается корковая часть зрительного анализатора). На ней отчетливо виден переход альфа-ритма в бета-ритм и обратно при открывании и закрывании глаз, т. е. при увеличении и снижении потока центростремительных импульсов к зрительной зоне коры.

Таблица 21. Ритмы электроэнцефалограммы

Современная техника позволяет регистрировать энцефалограмму у человека на расстоянии и даже в условиях космического полета. На рисунке 76 приведена электроэнцефалограмма женщины-космонавта В. В. Николаевой-Терешковой во время ее космического полета.

Электромиография

Достаточно широкое распространение получил метод исследования электрической активности мышц — электромиография.

Для отведения биопотенциалов мышц человека используют накожные металлические электроды диаметром 10 мм. Электроды укрепляют на исследуемой мышце эластической манжетой, между ними и кожей находится обычно специальная паста, улучшающая контакт с телом и электропроводность. Колебания биопотенциалов мышц имеют также ритмический характер, только частота их и амплитуда значительно больше, чем при записи электроэнцефалограммы. Усиление мышечной активности сопровождается увеличением амплитуды колебаний электромиограммы. При утомлении мышц частота колебаний, как правило, падает.

Рис. 73. Общий вид чернильнопишущего электроэнцефалографа: 1 — электромагнитные вибраторы; 2 — чернильницы; 3 — выключатели; 4 — переключатель мотора лентопротяжки; 5 — переключатель скорости движения ленты; 6 — селекторы; 7 — переключатель рода работы; 8 — ручка общей грубой регулировки усиления по всем каналам; 9 — ручка регулировки усиления по каждому каналу; 10 — ручка плавной регулировки усиления по каждому каналу; 11 — ручки управления фильтрами; 12 — кнопка подачи калибровочного регулирования величины сигнала; 13 и 14 — ручки настройки; 15 -шкала вольтметра; 16 — коммутационная ручка вольтметра; 17 — ручка потенциометра; 18 — пульт управления электроэнцефалографа; 19 — отсек для бумаги

Рис. 74. Основные ритмы коры головного мозга человека: 1 — альфа-ритм; 2 — бета-ритм; 3 — дельта-ритм; 4 — тета-ритм; вверху — отметка времени

Рис. 75. Изменения электроэнцефалограммы затылочной области коры, показывающие переход от альфа-ритма к бета-ритму при открывании глаз (стрелка вверх) и восстановление альфа-ритма при закрывании глаз (стрелка вниз)

Рис.76. Электроэнцефалограмма В. В. Николаевой-Терешковой (справа хорошо виден альфа-ритм)

Рис. 77. Электромиограммы трехглавой (1) и двухглавой (2) мышц плеча у рабочего при опиловке

На рисунке 77 представлены электромиограммы трехглавой и двухглавой мышц плеча при работе напильником. На них отчетливо видно усиление колебаний при возбуждении мышц. Электромиография позволяет установить степень участия тех или иных мышц в выполняемом движении. Особенно важен этот метод для установления наличия паралича мышц при некоторых заболеваниях. Так, с помощью электромиографии можно обнаружить паралич дыхательных мышц при полиомиелите до того, как остановится дыхание. А это очень важно для принятия необходимых мер (перевод на управляемое дыхание с помощью специальной аппаратуры) с целью спасения жизни человеку.

Данные электромиографии используются при создании активных протезов и управляемых манипуляторов.

"Искусственная рука" — одно из первых устройств, управляемых с помощью биотоков мышц. Это активный протез, воспроизводящий нормальные движения кисти. Такой активный протез имеет браслет для отведения биотоков мышц сохранившейся культи. На браслете укреплены металлические чашечки, заполненные токопроводящей пастой. Отводимые с помощью браслета мышечные токи усиливаются и поступают в специальный блок на протезе, где формируется управляющий сигнал. Сигнал приводит в действие миниатюрный двигатель, который и обеспечивает движение протеза. Сам протез выполняется из пластических материалов, сходных по форме, размерам и цвету с нормальной рукой.

Мы уже говорили о регистрации электрических явлений в сердечной мышце — электрокардиографии, получившей широкое распространение в медицинской практике.

Вопросы к главе "Биоэлектрические явления в организме"

1. Что такое биоэлектрические явления?

2. Как регистрируют биоэлектрические явления?

3. Что такое электроэнцефалограмма?

Список рекомендуемой литературы

Артамонов И. Д. Иллюзии зрения. М., "Наука", 1969.

Вилли К., Детье В. Биология. М., "Мир", 1974.

Гильбо И. С. Знаете ли вы себя? Л., "Медицина", 1973.

Грегори Р. Разумный глаз. М., "Мир", 1972.

Детская энциклопедия. Т. 7. М., "Просвещение", 1966.

Дубинин Н. П., Губарев В. С. Нить жизни. М., Атомиздат, 1966.

Живая клетка. М., "Мир", 1966.

Зверев И. Д. Книга для чтения по анатомии, физиологии и гигиене человека. М., "Просвещение", 1972.

Ивин М. Е. У порога великой тайны. Л., "Детская литература", 1971.

Кондратьева И. Н., Кондратьев Е. Н. Нейрон отвечает на сигнал. М., "Наука", 1967.

Мясников А. П. Знаете ли вы свой организм? (Занимательная физиология). Л., "Детская литература", 1962.

Парин В. В. О вероятном, о невероятном. М., "Знание", 1968.

Разумович М. Б. Занимательная физиология. Минск, Учпедгиз БССР, 1962.

Сергеев Б. Ф. Занимательная физиология. М., "Молодая гвардия", 1969.

Яковлева О. С. Школьные опыты и лабораторные занятия по курсу анатомии и физиологии человека. М., Учпедгиз, 1961.

Список оборудования, необходимого для проведения практических работ

К опыту I. Живые лягушки; растворы адреналина и питуитрина; 2 шприца на 1-2 мл, которые могут быть заменены пипетками с тонкооттянутым концом; стеклянные банки; 2 стекла или 2 дощечки — крышки к банкам микроскопы; пробковые или деревянные пластинки с отверстием в одном углу; марлевый бинт; пинцет; булавки; белая бумага.

К опыту 2. Живая лягушка; ножницы; пинцет; препаровальная игла; штатив; пробка; полотенце; булавки; стакан с водой; 0,5-процентный раствор соляной кислоты.

К опыту 3. Резиновая трубочка, соединенная с грушей для нагнетания воздуха; звонок (или метроном); экран для загораживания звонка и резиновой груши.

К опытам 4 и 5. Микроскоп; покровное и предметное стекла; тонкая, острая и чистая препаровальная игла; стеклянная палочка; спирт; раствор иода; вата; фильтровальная бумага; растворы поваренной соли (чистую поваренную соль покупают в аптеке) концентрации: 0,3%; 0,9%; 10%.

К опытам 6 и 9. Используют оборудование к опытам 4 и 5. Дополнительно нужны смесители для подсчета эритроцитов и лейкоцитов; счетная камера Горяева; резиновая груша; 3-процентный раствор NaCl; 3-процентный раствор уксусной кислоты, подкрашенный метиленовой синью.

К опыту 7. Используют оборудование к опытам 4 и 5. Дополнительно нужны гемометр (гемоглобинометр); пипетка для взятия крови; 0,1-нормальный раствор соляной кислоты; дистиллированная вода; стеклянная палочка.

К опыту 8. Используют оборудование к опытам 4 и 5. Дополнительно нужны аппарат Панченкова; часовое стекло; 5-процентный раствор лимоннокислого натрия (или щавелевокислого натрия).

К опыту 10. Используют оборудование к опытам 4 и 5. Дополнительно нужны стеклянные палочки; стандартные сыворотки II и III групп крови; физиологический раствор.

К опыту 11. Инструменты для вскрытия: ножницы большие с прямыми концами, один из которых острый; ножницы маленькие (глазные); пинцеты анатомические, хирургические, глазные; препаровальная игла; булавки для прикрепления лягушки; скальпель. Живая лягушка; пробковая пластинка (или деревянная дощечка со вставленной по углам пробкой); нитки; рычажок; кимограф; физиологический раствор (0,65-процентный раствор NaCl); эксикатор; эфир или хлороформ; вата; секундомер.

Устройство самодельного кимографа см. в книге О. С. Яковлевой "Школьные опыты и лабораторные занятия по курсу анатомии и физиологии человека" (М., Учпедгиз, 1961).

При отсутствии кимографа ритмические сокращения сердца можно наблюдать с помощью мышечного столика.

К опыту 12. Инструменты для вскрытия (см. опыт 11); пробковая пластинка или деревянная дощечка; нитки; живая лягушка; физиологический раствор; часы с секундной стрелкой.

К опыту 13. Сфигмоманометр или пружинный манометр (тонометр); стетоскоп или фонендоскоп.

К опыту 14. Живая лягушка; бинт или тряпочка; вода; банка с крышкой; эфир; вата; булавки; пробковая или деревянная пластинка; пипетка; микроскоп.

К опыту 15. Инструменты (см. опыт 11); пробковая или деревянная пластинка; часы с секундной стрелкой; физиологический раствор; лягушка.

К опыту 16. Пнеймограф; капсула; кимограф; штатив; резиновые трубки; зажим. При отсутствии пнеймографа можно пользоваться манжетой от аппарата для измерения кровяного давления.

К опыту 17. Спирометр; стакан со слабым раствором марганцевокислого калия.

К опыту 18. Используют оборудование к опыту 16.

К опыту 19. Штатив с пробирками; спиртовка; водяная баня; термометр химический; пепсин или натуральный желудочный сок; 0,2-процентный раствор соляной кислоты; лакмусовая бумага; поваренная соль; весы аптекарские; 2 сырых куриных яйца; вата; воронка; 10-процентный раствор NaOH; карандаш для стекла.

К опыту 20. Штатив с пробирками; спиртовка; водяная баня; термометр; натуральный желудочный сок; углекислый кальций; слабый раствор двууглекислой соды; молоко; красная лакмусовая бумага; вата; воронка.

К опыту 21. Лягушка; ножницы; пинцет; бинт или марлевая салфетка; препаровальная игла; пинцет Гальвани (две проволоки — медная и цинковая — длиной по 10 см; концы их с одной стороны скручивают; для удобства их можно воткнуть в пробку; вместо проволоки можно взять медную и цинковую пластинки); физиологический раствор (0,65-процентный раствор NaCl).

К опыту 22. Лягушка; инструменты для вскрытия; физиологический раствор; нитка; стакан; пробковая или деревянная пластинка.

К опыту 23. Используют оборудование к опыту 22. Дополнительно нужен стеклянный крючок.

К опыту 24. Используют оборудование к опыту 22. Дополнительно нужны источник электрического тока с проводами; кнопка или ключ. В качестве источника тока можно взять батарею для карманного фонаря.

Оглавление

Введение

Глава I. Регуляция функций организма

  1. Организм как целое

  2. Гуморальная регуляция функций организма

    Значение гуморальной регуляции

    Эндокринные железы

    Гормоны

    Опыт 1

  3. Нервная регуляция функций организма

    Значение нервной регуляции

    Рефлекс — основная форма нервной деятельности

    Опыт 2

    Принцип обратных связей

    Условные и безусловные рефлексы

    Опыт 3

  4. Нейро-гуморальная регуляция функций организма

    Вопросы и задания к главе "Регуляция функций организма"

Глава II. Внутренняя среда организма

  1. Постоянство внутренней среды организма. Гомеостаз

    Понятие о внутренней среде организма

    Роль различных органов в поддержании гомеостаза

  2. Кровь

    Значение крови

    Количество крови

    Состав крови

  3. Плазма крови

    Состав плазмы крови

    Осмотическое давление плазмы крови

    Опыт 4

    Опыт 5

    Физиологический раствор

    Реакция крови

    Белки плазмы крови

  4. Свертывание крови

  5. Эритроциты

    Форма и количество эритроцитов

    Подсчет эритроцитов

    Опыт 6

    Значение эритроцитов в поддержании постоянства внутренней среды

    Гемоглобин

    Опыт 7

    Реакция оседания эритроцитов (РОЭ)

  6. Лейкоциты

    Форма и количество лейкоцитов

    Опыт 9

    Значение лейкоцитов

  7. Тромбоциты (кровяные пластинки)

  8. Защитные факторы организма. Иммунитет

    Защита организма от инфекции

    Врожденный и приобретенный иммунитет

  9. Группы крови. Переливание крови

    Группы крови

    Опыт 10

    Правила переливания крови

    Резус-фактор

    Способы переливания крови

    Оживление организма

    Доноры крови

    Вопросы и задания к главе "Внутренняя среда организма"

Глава III. Кровообращение

  1. Значение кровообращения

  2. Сердце

    Работа сердца

    Клапаны сердца

    Сердечный цикл

    Опыт 11

    Систолический и минутный объем крови

    Сердечный толчок

    Тоны сердца

    Автоматия сердца

  3. Электрические явления в сердце

    Электрокардиография

    Электрокардиограмма

    Телеэлектрокардиография

  4. Движение крови по сосудам

    Непрерывность движения крови

    Причины движения крови по сосудам

    Кровяное давление

    Опыт 13

    Скорость движения крови

    Движение крови по венам

    Кровообращение в капиллярах

    Опыт 14

  5. Регуляция кровообращения

    Иннервация сердца и сосудов

    Рефлекторные влияния на деятельность сердца и сосудов

    Опыт 15

    Гуморальная регуляция кровообращения

  6. Операции на сердце

    Искусственное кровообращение

    Гипотермия

    Дефибрилляторы

    Вопросы и задание к главе "Кровообращение"

Глава IV. Дыхание

  1. Газообмен в легких и тканях

    Значение дыхания

    Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха

    Парциальное давление и напряжение газов

    Газообмен в легких

    Перенос газов кровью

  2. Дыхательные движения

    Акты вдоха и выдоха

    Глубина и частота дыхания

    Опыт 16

    Жизненная емкость легких

    Опыт 17

  3. Регуляция дыхания

    Дыхание при различных условиях

    Дыхательный центр

    Рефлекторная регуляция дыхания

    Гуморальные влияния на дыхательный центр

    Опыт 18

    Вопросы и задания к главе "Дыхание"

Глава V. Пищеварение

  1. Функция пищеварительного аппарата и методы их изучения

    Значение пищеварения

    Пищеварительные ферменты

    Методы исследования деятельности пищеварительных желез

  2. Пищеварение в полости рта

    Жевание

    Слюнные железы

    Методика изучения деятельности слюнных желез

    Состав слюны

    Отделение слюны на различные раздражители

    Регуляция слюноотделения

  3. Пищеварение в желудке

    Желудочные железы

    Методика изучения секреции желудочных желез

    Состав и свойства желудочного сока

    Опыт 19

    Отделение желудочного сока на разные пищевые вещества

    Механизм отделения желудочного сока

    Переход пищи из желудка в двенадцатиперстную кишку

  4. Пищеварение в двенадцатиперстной кишке

    Секреторная функция поджелудочной железы

    Значение желчи в пищеварении

  5. Пищеварение в кишечнике

    Состав и свойства кишечного сока

    Механизм секреции кишечного сока

    Движение тонкой кишки

    Пищеварение в толстой кишке

  6. Всасывание в пищеварительном тракте

    Функции ворсинок

    Механизм всасывания

    Регуляция всасывания

    Всасывание белков

    Всасывание углеводов

    Всасывание жиров

    Всасывание воды и солей

    Вопросы и задание к главе "Пищеварение"

Глава VI. Обмен веществ и энергии. Питание

  1. Обмен веществ как основная функция жизни

    Значение питательных веществ

    Ассимиляция и диссимиляция

    Превращение веществ

    Роль ферментов во внутриклеточном обмене

  2. Обмен белков

    Роль белков в обмене веществ

    Специфичность белков

    Нормы белка в питании

    Биологическая ценность белков пищи

    Распад белков в организме

  3. Обмен углеводов и жиров

    Обмен углеводов

    Обмен жиров

  4. Обмен воды и минеральных солей

    Значение воды и солей

    Обмен воды

    Обмен солей

    Регуляция водно-солевого обмена

  5. Обмен энергии

    Прямая и непрямая калориметрия

    Основной обмен

    Расход энергии при мышечной деятельности

  6. Питание

    Энергия пищевых веществ

    Усвояемость пищи

    Нормы питания

    Режим питания

    Вопросы и задание к главе "Обмен веществ и энергии. Питание"

Глава VII. Выделение

  1. Функции почек

  2. Строение почек

  3. Кровоснабжение почек

  4. Образование мочи

  5. Регуляция деятельности почек

  6. Искусственная почка

    Вопросы к главе "Выделение"

Глава VIII. Биоэлектрические явления в организме

  1. История открытия "животного электричества"

    Спор Гальвани и Вольта

    Опыт 21

    Опыт 22

    Опыт 23

    Опыт 24

  2. Потенциал покоя и потенциал действия

    Потенциал покоя

    Потенциал действия

  3. Значение регистрации биоэлектрических явлений

    Электроэнцефалография

    Электромиография

    Вопросы к главе "Биоэлектрические явления в организме"

Список рекомендуемой литературы

Список оборудования, необходимого для проведения практических работ