17.1. Физиология человека

Физиология человека как наука о жизнедеятельности здорового организма человека и функциях его составных частей: клеток, тканей, органов и систем — зародилась в XVIII столетии. Основоположником физиологии как самостоятельной отрасли знаний является английский ученый Уильям Гарвей, описавший большой и малый круги кровообращения в 1628 г. Физиология человека базируется на функционировании основных систем организма людей, таких как кровеносная, лимфатическая, пищеварительная, нервная, дыхательная и др.

Физиологи Д. Эклс, Э. Хаксли, А. Ходжкин установили ионные механизмы важнейших физиологических процессов — возбуждения и торможения, за что были отмечены Нобелевской премией (1963 г.). Как известно, нервы и мышцы относятся к возбудимым образованиям. Это значит, что в ответ на раздражение в них возникают различные электрические потенциалы. Согласно ионно-мембранной теории биоэлектрических потенциалов, созданной в середине XX столетия А. Ходжкиным, Э. Хаксли, Б. Катцом, они обусловлены неодинаковой концентрацией ионов К+, Na+, Сl^- внутри и вне клетки и различной проницаемостью для них поверхностной мембраны. Позже были открыты медиаторы (нейротрансмиттеры), что легло в основу учения о химическом механизме передачи нервного импульса.

425

Разработка И. П. Павловым учения об условных рефлексах позволила ему не только получить подтверждение сформулированной И. М. Сеченовым концепции о зависимости всех функций организма от окружающей среды, но и создать новое учение — физиологию высшей нервной деятельности человека и животных.

Организм и окружающая среда — это единая система, так как между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией (рис. 17.1). Энергия необходима организму для поддержания всех его жизненно важных функций. Она выделяется за счет окисления сложных органических соединений, т. е. белков, жиров и углеводов. Резервирование энергии происходит в основном в виде макроэргических связей АТФ (адезонитрифос-форной кислоты).

АТФ — это универсальный источник энергии в организме человека. Высвобождение энергии происходит за счет гидролиза

426

АТФ, связанного с разрывом химической связи концевой фосфатной группы. Часть этой энергии выделяется в виде теплоты, необходимой для теплорегуляции. Так, при сокращении мышц около 80% энергии теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу.

Процессы обмена веществ, происходящие на клеточном и тканевом уровнях в организме человека, называют метаболизмом, который состоит из двух противоположных процессов: анаболизма и катаболизма. Анаболизм — это процесс биосинтеза органических веществ. Они обеспечивают рост, развитие организма, обновление его структур и накопление структурной энергии. Катаболизм — это процесс расщепления или окисления сложных молекул до простых веществ с выделением энергии и резервированием ее в виде АТФ. Эти процессы обеспечивают в организме белковый, углеводный и жировой обмены.

Белки — это биополимеры, в состав которых входят около 20 аминокислот, содержащих азот. Функции белков многообразны: пластическая (строительная), энергетическая, транспортная, ферментативная и др. При сгорании 1 г белка в организме высвобождается 4,1 ккал энергии. Суточная потребность человека в белках не менее 85-90 г.

Жиры — это эфиры высших жирных кислот и глицерина. Их важнейшие функции — энергетическая и структурная. Так, при сгорании в организме 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энергии. В сутки потребность человека в жирах составляет от 80 до 100 г. Жиры депонируются в организме в подкожной жировой клетчатке и в оболочках вокруг внутренних органов.

Углеводы — это вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Их можно условно разделить на 3 класса соединений: моносахариды (глюкоза); дисахариды (мальтоза); полисахариды (крахмал). Они выполняют энергетическую и пластическую функции, а также входят в состав нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и АТФ. Потребность в углеводах составляет в сутки 350-450 г. Запасы углеводов в организме человека в виде животного крахмала — гликогена — имеются в печени и в скелетных мышцах.

427

Таким образом, соотношение в пищевом рационе основных питательных веществ составляет 1:1:4 (белков, жиров, углеводов).

В состав пищи входят также вода, минеральные (неорганические) вещества и витамины. Витамины — это особая группа веществ, не синтезируемых вовсе или синтезируемых в малых количествах в организме человека. Они необходимы для нормального обмена веществ, роста, развития человека, поддержания его здоровья. Все витамины подразделяются на водо- и жирорастворимые. К первой группе относятся витамин С, витамины группы В. Они содержатся в основном в продуктах растительного происхождения (овощах, фруктах). Источником жирорастворимых витаминов (A, D, Е и К) является пища животного происхождения (молоко, яйца, мясо, печень). Некоторые витамины (К и В₁₂) синтезируются микрофлорой кишечника. Недостаточные поступления витаминов в организм сопровождается различными заболеваниями (авитаминозы).

В состав внутренней среды организма входят кровь, лимфа и тканевая жидкость. Она обладает динамическим постоянством констант — гомеостазом, являющимся условием независимого существования организма человека.

Функциями кровеносной системы являются следующие:

1. поддержание гомеостаза;

2. транспортная (перенос газов, питательных веществ, продуктов их метаболизма);

3. терморегуляторная;

4. защитная (участие в иммунных реакциях);

5. экскреторная (выделительная) и др.

Объем крови в организме человека составляет 4-6 литров (или 6-8% от массы тела). Всего 40-45% крови движется по сосудам (в норме); при нагрузке на организм кровь выходит из депо: селезенки, печени, легких и ее обмен увеличивается. Система кровообращения человека — это сердце и замкнутая система кровеносных сосудов, включающая артерии, вены, капилляры. Благодаря сокращениям сердца кровь поступает в артерии, вены, капилляры. Сокращаясь, сердце выбрасывает пор-

428

цию крови (70 мл) в артерии, при расслаблении в него вливается кровь из вен. Капилляры образуют густую сеть длиной 200 000 км. Масса сердца колеблется в пределах 200-400 г, по объему оно сопоставимо с кулаком. Сердце сокращается ритмично со средней частотой 75 раз в минуту. Объем крови, перекачиваемой сердцем за 1 минуту, составляет б л, но может достигать и 30 л/мин, если человек находится в состоянии возбуждения или выполняет большую физическую нагрузку. В нормальных условиях у взрослого человека максимальное (систолическое) давление крови в плечевой артерии составляет 110-125 мм рт. ст., а минимальное (диастолическое) — 70-85 мм. рт. ст.

Система лимфообращения осуществляет постоянный отток межтканевой жидкости по направлению к сердцу. Лимфа служит для поддержания объема и состава тканевой жидкости, всасывания и переноса питательных веществ из пищеварительного канала в венозную систему, а также для участия в иммунных реакциях организма посредством доставки лимфоцитов, антител и др. Лимфа поддерживает белковое постоянство крови. Ее движению способствуют ритмические сокращения стенок лимфатических сосудов и отрицательное (присасывающее) внутригрудное давление.

Основная функция органов дыхания — обеспечение тканей организма человека кислородом и освобождение их от углекислого газа. Внутриклеточное дыхание обеспечивает освобождение энергии, необходимой для поддержания процессов жизнедеятельности. Образующийся при этом углекислый газ (С0₂) переносится кровью к легким и удаляется с выдыхаемым воздухом. Дыхание происходит непрерывно и автоматически благодаря нервным импульсам, поступающим из дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозге. Несмотря на автоматизм дыхательного цикла, его работа контролируется корой больших полушарий. Взрослый человек в нормальном состоянии за один дыхательный цикл вдыхает и выдыхает в среднем около 500 см³ воздуха, а при дополнительном (после нормального вдоха) максимальном вдохе можно вдохнуть еще 1500-3000 см³ воздуха. Жизненная емкость легких равна суммарной величине

429

дыхательного и дополнительного объемов вдоха и выхода (3^-5 литров).

Пищеварительная система человека осуществляет механическую и химическую переработку пищи для всасывания питательных веществ через стенки пищеварительного тракта и поступление их в кровь и лимфу. В пищеварительном аппарате происходят сложные физико-химические превращения пищи: от формирования пищевого комка в ротовой полости до всасывания и удаления непереваренных ее остатков. Эти процессы осуществляются в результате двигательной, всасывающей и секреторной функций системы органов пищеварения. Все пищеварительные функции регулируются нервным и гуморальным путем. Нервные центры, регулирующие функции пищеварения, находятся в разных отделах головного мозга (продолговатый мозг, гипоталамус и кора головного мозга), а гормоны большей частью образуются в самом желудочно-кишечном тракте.

К выделительным органам относятся почки, кожа, потовые, сальные железы, легкие. Функции почек многообразны:

1. участие в регуляции водного баланса организма;

2. участие в постоянстве ионного баланса;

3. регуляция осмотического давления во внутренней среде организма;

4) поддержание кислотно-щелочного равновесия и др. Основная функция почек — удаление из организма вредных

и чужеродных для него веществ путем образования и выведения мочи. Почки каждую минуту пропускают более 1 литра крови, а всего ими за сутки фильтруется и очищается 1700 л крови. Моча выделяется в количестве 1-1,5 л в сутки. В норме у здорового человека моча содержит только вредные продукты метаболизма и не должна содержать глюкозу и белок.

Наряду с нервной регуляцией функций в организме человека существует гуморальная (гормональная) регуляция с помощью биологически активных веществ — гормонов. Нервная и гуморальная регуляции функций в организме взаимосвязаны. Гормоны в организме человека влияют на следующие процессы:

430

1. обмен веществ и энергии;

2. рост и развитие;

3. размножение;

4. адаптация.

Гормоны — это биологически активные вещества, вырабатываемые специальными железами внутренней секреции, не имеющими специальных протоков. Они поступают прямо в кровь и регулируют функции органов — мишеней. Все железы внутренней секреции делятся на центральные и периферические. К центральным железам относятся гипофиз и эпифиз. Гипоталамус как структура промежуточного мозга также выделяет вещества, обладающие гормональной активностью. Периферическими железами являются щитовидная, половые, поджелудочная, надпочечники и тимус.

Нервная система обеспечивает взаимодействие организма с внешней средой и регулирует работу всех органов и систем организма. Она подразделяется на соматическую и вегетативную, а они, в свою очередь, на центральную и периферическую. Центральная нервная система состоит из спинного и головного мозга. Структурно-функциональной единицей нервной системы является нервная клетка — нейрон. Соматическая нервная система обеспечивает чувствительную и двигательную функции, а вегетативная — ин-нервирует все внутренние органы и железы, обеспечивая регуляцию питания, дыхания, выделения, размножения.

Особый раздел физиологии занимается изучением материальных основ психической деятельности человека. Он появился благодаря работам И. М. Сеченова и И. П. Павлова, создавших учение о безусловных и условных рефлексах как двух различных формах поведения человека. Безусловные рефлексы — видовые, генетически закрепленные, стереотипные формы поведения человека. Они возникают сразу, не нуждаются в выработке (например, врожденные пищевые и оборонительные рефлексы). Условные рефлексы — индивидуально приобретенные в процессе жизни и обучения приспособительные реакции, возникающие на основе образования временной связи между условным раздражителем и безусловно-рефлекторным актом. Данный раздел науки изучает такие сложные проявления психики человека,

431

как сознание, внимание, память, эмоции, мышление и др. Это высшие психические функции.

Сознание — это высшая форма отражения мозгом человека окружающего мира, передаваемая другим людям в форме слов и символов. Особенностью психических функций человека является наличие речи или 2-й сигнальной системы. Это особые условные рефлексы, вырабатываемые на слово (1-я сигнальная система — это конкретные образцы окружающего мира). Слово—это обобщающий сигнал, заменяющий конкретный предмет, явления. Поэтому И. П. Павлов слово обозначил как "сигнал сигналов" или 2-я сигнальная система. У человека благодаря 2-й сигнальной системе формируется абстрактно-логическое мышление. Речь — это исторически сложившаяся форма общения людей с помощью символов и знаков.

Благодаря высшей нервной деятельности (ВНД) у человека функционируют внимание, память, мышление. Внимание — это сосредоточенность, избирательная, познавательная направленность процессов, нацеленная на определенный объект, значимый в данный момент. Память — это способность мозга запоминать, хранить и воспроизводить полученную информацию. Мышление — это сложнейший вид мозговой деятельности человека в процессе приспособления к новым условиям и решения новых жизненных задач.