ОБЩИЙ ОБЗОР ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА
Министерство образования российской федерации
московский государственный университет прикладной биотехнологии
Кафедра биологии, вирусологии и генной инженерии
ЧЕЛОВЕК И ЕГО ЗДОРОВЬЕ
Методические указания для слушателей
|
| :■ |
| МОСКВА 2003 |
подготовительного отделения, подготовительных курсов и абитуриентов
ВВЕДЕНИЕ
Вы уже знакомы с основами анатомии и физиологии растений и животных. Человек является самым высокоорганизованным живым существом, и хотя физиологические функции, наблюдающиеся у животных, осуществляются и в организме человека, они качественно отличаются от физиологических функций животных. Это своеобразие в значительной мере обусловлено влиянием на человека окружающей социальной среды.
Анатомия изучает форму и строение человеческого тела, составляющих его органов и систем в связи с их функциями и с условиями окружающей среды. Анатомия теснейшим образом связана с другой наукой - физиологией, исследующей функции отдельных клеток, тканей, органов, их систем и организма в целом. Для обеспечения жизнедеятельности организму необходимы условия, при которых он и отдельные его системы могут функционировать наиболее четко и эффективно. Наука, определяющая эти условия, называется гигиеной. Гигиена помогает правильно организовать труд, отдых, предупреждать болезни, сохранять здоровье и работоспособность. Применением гигиенических знаний на практике для предупреждения заболеваний и укрепления здоровья занимается санитария.
Перечисленные науки являются основой современной медицины - области науки и практической деятельности, направленной на сохранение и укрепление здоровья людей, предупреждения и лечения болезней.
Анатомия и физиология имеют важное значение и для других отраслей знания: общей биологии, экологии, биокибернетики, бионики, педагогики и еще ряда наук.
ОБЩИЙ ОБЗОР ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА
Организм человека, как и других животных, состоит из клеток. Структурно-функциональная организация клетки подробно изложена в разделе "Общая биология". Клетки входят в состав тканей, из которых состоит организм человека.
Ткань- это система клеток и внеклеточных структур, имеющих сходное строение и выполняющих специализированную функцию. Кроме того, клетки, входящие в состав ткани, могут иметь единое происхождение.
В процессе эволюции появились различные виды тканей с определенными структурно-функциональными особенностями. Выделяют четыре основных типа тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную.
Каждый орган состоит из различных тканей, тесно взаимосвязанных между собой. Например, желудок и кишечник состоят из тканей четырех типов. Во многих органах соединительная ткань образует строму (каркас), а эпителиальная ткань - паренхиму. Различные ткани, входящие в состав органов, обеспечивают выполнение ими главной функции.
Эпителиальная ткань
Эпителий- ткань располагающаяся на поверхности тела, выстилающая все полости и полые внутренние органы, а также образующая многочисленные железы.
Эпителии состоят из плотно прилегающих друг к другу клеток, которые образуют сплошные слои. Клетки прочно соединяются при помощи межклеточных контактов. Для эпителиев характерны определенные принципы организации:
- пограничное расположение;
- практическое отсутствие межклеточного вещества;
- полярная дифференциация;
- базальная мембрана;
- отсутствие кровеносных сосудов; обилие нервных окончаний;
- выраженная способность к регенерации.
В эпителиальных пластах отсутствуют кровеносные сосуды, и питание клеток осуществляется путем диффузии питательных веществ из соединительной ткани через базальную мембрану. Базальная мембрана представляет собой тонкую бесструктурную пластинку, которая отделяет эпителий от соединительной ткани. Она является производным эпителия и соединительной ткани и определяет полярную дифференциацию поверхности и расположение органелл эпителиальных клеток. Свободная поверхность клеток эпителия имеет сложную структуру - реснички, жгутики, микроворсинки, отростки.
Существуют три классификации эпителиальной ткани: морфологическая, физиологическая и генетическая.
Морфологическая классификация эпителиальной ткани основана на трех признаках: на числе клеточных слоев, на форме клеток и на особенностях строения их свободной поверхности.
Физиологическая классификация основана на выполняемых функциях.
Генетическая классификация подчеркивает происхождение из определенного зародышевого листка - эктодермы, мезодермы или энтодермы.
Схематически классификацию эпителия можно представить следующим образом:
Клетки эпителия характеризуются коротким жизненным циклом - очень быстро отмирают, так как постоянно находятся в агрессивной среде и также быстро размножаются. Отмершие клетки отторгаются и замещаются новыми. Процесс замещения клеток более молодыми после их гибели или повреждения называется регенерацией.
Железистый эпителий специализируется на выработке и выделении секреторного материала. Он входит в состав специальных органов - желез внешней и внутренней секреции.
Сенсорные эпителии выполняют рецепторные функции, входят в состав органов чувств.
Кожный эпителий называют эпидермисом. Он содержит клетки, вырабатывающие бурый пигмент меланин и клетки с гранулами кератогиалина.
Процесс ороговения эпителия заключается в превращении живых клеток в роговые чешуйки - механически прочные и химически устойчивые. Они образуют роговой слой эпителия, выполняющий защитную функцию.
Функции эпителия:
- барьерная (между внутренней и внешней средой);
- защитная (за счет рогового слоя, защитной слизи, антимикробных веществ и т.д.);
- транспортная (передвижение слизи в дыхательных путях);
- всасывающая (кишечник, почечные канальцы);
- секреторная (железы внутренней и внешней секреции);
- экскреторная (удаление конечных продуктов обмена);
- сенсорная (воспринимает сигналы внешней среды - механические и химические).
Эпителий часто служит источником развития опухолей.
Соединительные ткани
Соединительные тканипредставляют собой группу с разнообразными морфофункциональными характеристиками, которые образуют внутреннюю среду организма и поддерживают ее постоянство. Эти ткани занимают в организме особое место и составляют более 50% массы тела.
Соединительные ткани характеризуются высоким содержанием межклеточного вещества и разнообразным клеточным составом.
Клеточный компонент представлен подвижными и неподвижными элементами: фибробластами, макрофагами, форменными элементами крови, жировыми, пигментными, тучными клетками и др.
Межклеточный компонент состоит из основного вещества и волокнистых структур (коллагеновых, эластических, ретикулиновых и оссеиновых волокон). Межклеточное вещество может быть жидким, желеобразным или твердым.
В основу классификации соединительных тканей положены физико-химические особенности межклеточного вещества, соотношения клеток и межклеточных структур и степень их упорядоченности.
Соединительные ткани можно подразделить на три группы:
- с выраженными трофическими и защитными функциями (кровь, лимфа);
- с выраженными соединительными и опорными функциями (рыхлая соединительная, хрящи, костная ткань);
- со специальными свойствами (ретикулярная, жировая, пигментная).
Рыхлую соединительную ткань можно обнаружить во всех органах,
так как она сопровождает кровеносные, лимфатические сосуды и нервные волокна.
Элементы соединительной ткани формируют строму и капсулы различных органов.
Функции соединительной ткани
- гомеостатическая (поддержание внутренней среды организма);
- трофическая;
- дыхательная;
- регуляторная;
- защитная;
- транспортная;
- опорная, механическая
Мышечные ткани
Мышечные ткани осуществляют двигательные процессы организме, перемещение организма или его частей в пространстве и выполнение механической работы.
Мышечные ткани характеризуются функциональными особенностями, такими как:
- возбудимость, проводимость, сократимость;
- наличие миофибрилл, имеющих вид нитей, образованных упорядочение упакованными белковыми молекулами (актиновыми, миозиновыми и промежуточными).
Существуют два типа мышечных тканей:
- гладкая;
- поперечнополосатая (исчерченная).
Поперечнополосатая мышечная ткань представлена двумя разновидностями: скелетной и сердечной.
Гладкая мышечная ткань состоит из веретеновидных клеток -миоцитов, которые располагаются параллельно друг другу и формируют мышечные слои. В цитоплазме миоцитов имеется палочковидное ядро, органеллы общего назначения, включения и миофибриллы, располагающиеся по ее продольной оси без строгой упорядоченности. Между клетками находится опорная строма - коллагеновые и эластические волокна. Эластические волокна обеспечивают упругость гладкой мышечной ткани. Гладкая мышечная ткань составляет двигательный
аппарат внутренних органов (например, пищеварительная трубка). Сокращается она ритмично, относительно медленно, с большой силой и способна долго находиться в состоянии сокращения, не уставая. Такие сокращения называются тоническими.
Поперечнополосатая мышечная ткань состоит из мышечных волокон, представляющих собой многоядерные образования цилиндрической формы (диаметр 10-100 мкм, длина от 10 мкм до 30 см) с закругленными концами. Оболочка мышечного волокна называется сарколеммой, а цитоплазма - саркоплазмой. Саркоплазма имеет вид тяжа и содержит многочисленные овальные ядра, органеллы общего назначения, включения, две специализированные мембранные системы, миофибриллы и миоглобин.
Мембранные системы - саркоплазматическая сеть и Т-трубочки (впячивания сарколеммы) осуществляют передачу возбуждения. Миоглобин, или мышечный гемоглобин, обусловливает их красный цвет.
Миофибриллы располагаются вдоль волокна и состоят из последовательно чередующихся темных и светлых участков - дисков. Темные диски обладают двойным лучепреломлением и называются анизотропными, или А-дисками. Светлые диски не обладают двойным лучепреломлением и называются изотропными, или I-дисками. Каждый светлый диск пересекает темная Z - линия, а темный - светлая Н-линия. Участок миофибриллы между соседними Z - линиями называется саркомером и является сократительной единицей мышечного волокна. В параллельно идущих миофибриллах расположение светлых и темных дисков совпадает, обусловливая поперечную исчерченность всего мышечного волокна.
Мышечные волокна располагаются рядами, образуя мышечные пучки. Поперечнополосатая мышечная ткань входит в состав скелетных мышц.
Мышечная ткань способна к регенерации:
- гладкая - за счет недифференцированных клеток;
- поперечнополосатая - за счет клеток - сателлитов;
- сердечная - только за счет внутриклеточной регенерации. Скелетные мышцы сокращаются произвольно и быстро. Сила сокращения одного волокна небольшая, но в сумме они могут совершать относительно большую работу.
Сердечная поперечнополосатая мышечная ткань (миокард) отличается тем, что она имеет клеточное строение. Сердечно-мышечные клетки - кардиомиоциты соединяются друг с другом стык в стык посредством вставочных дисков и образуют трехмерную сеть ветвящихся и анастомозирующих волокон. Основным функциональным свойством сердечной мышечной ткани является способность к спонтанным ритмическим сокращениям.
Ритмическая работа сердечной мышцы обеспечивает постоянно протекающее самообновление кардаомиоцитов.
Нервная ткань
Высокоспециализированная нервная ткань состоит из нервных клеток - нейронов и нейроглии.
Нейроныимеют особую структуру и обладают способностью к выработке и проведению нервных импульсов. Нейрон состоит из клеточного тела и отростков. Отростки, обеспечивающие проведение нервных импульсов к телу нейрона называются дендритами, а несущие импульсы от тела нейрона - аксонами. В постнатальный период развития количество нейронов постепенно снижается за счет естественной убыли клеток, так как после рождения они утрачивают способность к делению. В зависимости от функции нейроны делят на рецепторные (чувствительные, или афферентные), ассоциативные (вставочные, или интернейроны) и двигательные (эффекторные, или эфферентные) нейроны. Чувствительные нейроны генерируют нервные импульсы под влиянием изменений внешней или внутренней среды. Двигательные нейроны передают сигналы на рабочие органы. Ассоциативные нейроны осуществляют связи между нейронам. Они составляют около 99% от общего числа нейронов.
Морфологическая классификация нейронов основана на количестве отростков. Выделяют три типа нейронов: униполярные, биполярные и мультиполярные. Межнейронные контакты - синапсы осуществляют проведение импульсов при помощи электрической и химической передачи.
Отростки нервных клеток объединяются в нервные волокна (пучки). Нервные волокна могут быть миелиновыми (мякотными) и безмиелиновыми (безмякотными). В первом случае волокно покрыто миелиновой оболочкой, содержащей высокие концентраций липидов. Миелиновая оболочка прерывается через равные промежутки, образуя перехваты Ранвье. Снаружи миелиновая оболочка окружена неэластичной мембраной - неврилеммой.
Пучки нервных волокон образуют нервы, покрытые соединительнотканной оболочкой. Нервные волокна заканчиваются концевыми аппаратами, которые называются нервными окончаниями.
Нейроглияпредставляет собой гетерогенную группу элементов нервной ткани, которые обеспечивают деятельность нейронов и выполняют важные функции: опорную, трофическую, разграничительную, барьерную, секреторную и защитную.
Нейроглия включает макро- и микроглию. Макроглия представлена тремя формами: астроглией, эпендимой и олигодендроглией.
Астроглиясостоит из клеток звездчатой формы с длинными отростками. Они образуют густую сеть (подобие нежного войлока), в которой лежат нейроны.
Олигодендроглиясостоит из мелких клеток с короткими отростками. Одной из главных функций олигодендроцитов является образование миелина.
Клетки эпендимы имеют вытянутую форму и большое количество микроворсинок или ресничек с одной стороны. Они выстилают канал спинного мозга и мозговые желудочки.
Микроглия состоит из небольших круглых или слегка вытянутых клеток с короткими отростками и обладает фагоцитарной активностью, они располагаются преимущественно вдоль капилляров ЦНС.
ОРГАНЫ И СИСТЕМЫ ОРГАНОВ
Соединяясь между собой, разные ткани образуют органы человеческого тела.
Органомназывается часть тела, которая имеет определенную форму, строение, занимает соответствующее место и выполняет специфическую функцию. В формировании любого органа принимают участие различные ткани, но только одна из них является главной, остальные выполняют вспомогательною функцию. Например, соединительная ткань образует основу органа, эпителиальная - слизистые оболочки и т.д. Органы различаются по форме, размерам и положению. Имеются индивидуальные, половые и возрастные отличия. Органы, которые схожи по своему строению, происхождению и выполняют единую функцию, называются системой. В организме человека выделяют следующие системы органов:
- опорно-двигательная система, обеспечивающая перемещение органов в пространстве и передвижение его частей по отношению друг к другу;
- дыхательная система, определяющая доставку кислорода из окружающей среды в кровь и выведение из организма углекислого газа;
- сердечно-сосудистая система, обеспечивающая передвижение крови и лимфы по кровеносным сосудам;
- пищеварительная система, предназначенная для переработки пищи и всасывания питательных веществ в кровь и лимфу;
- эндокринная система, железы которой образуют гормоны, участвующие в гуморальной регуляции функций организма;
- половая система, выполняющая функцию размножения и поддерживающая существование каждого вида животных;
- система органов чувств, воспринимающая раздражения из внешнего мира и внутренней среды организма;
- - нервная система, регулирующая состояние и деятельность всех систем.
Некоторые органы объединяются по функциональному принципу в аппараты, иногда они отличаются своими функциями, но связаны генетически (например, мочеполовой, нейро-эндокринный).
Совокупность систем и аппаратов органов образует целостный организм человека, в котором все составляющие части взаимосвязаны
Организм- это целостная живая структура, возникающая в теснейшей взаимосвязи с конкретными условиями жизни в окружающей его природе, частью которой он является. Всякое изменение одной какой-либо части вызывает соответствующее изменение других частей. Единство организма и условий жизни - это основной закон развития органической природы. Внешняя окружающая среда является ведущим фактором в развитии организма. Изменение условий жизни обуславливает изменение функций и структуры органов.
Для клеток живого организма, как и для организма в целом, характерны основные проявления жизни: обмен веществ и энергии, реактивность, размножение, движение, рост и развитие, наследственность и изменчивость, регуляция и саморегуляция функций. Необходимо отметить, что основная роль в объединении организма принадлежит сердечно-сосудистой, нервной и эндокринной системам. Эти системы действуют согласованно, обеспечивая нейрогуморальную регуляцию функций организма.
Нервная система передает сигналы в виде нервных импульсов. Нервное возбуждение проводится со скоростью 80-120 м/с, а ответные реакции, осуществляемые через нервную систему, быстрые и точные. Деятельность нервной системы осуществляется рефлекторным путем, благодаря чему устанавливается взаимодействие разных систем органов и они функционируют как единое целое, приспосабливая свою деятельность к меняющимся условиям.
В основе нервной деятельности лежит рефлексе.
Рефлекс - это целенаправленная реакция организма на раздражение рецепторов, осуществляемая при участии центральной нервной системы.
Путь, по которому распространяется возбуждение от рецептора до исполнительного органа, называется рефлекторной дугой. Рефлекторная Дуга состоит из цепи нейронов: рецептора, воспринимающего раздражение; чувствительного (афферентного) нейрона, проводящего возбуждение в центральную нервную систему; вставочного нейрона центральной нервной системы; эфферентного (двигательного, секреторного) нейрона, проводящего возбуждение к органу; исполнительного органа (рис.1).
Рис. 1. Схема рефлекторной дуги: 1 - рецептор в коже; 2 - чувствительныйнейрон; 3 - вставочный нейрон;
4 - двигательный нейрон; 5 - мышца. Путь импульса показан стрелками.
Нервной регуляции подлежат как соматические, так и вегетативные функции.
Эндокринная система является второй регулирующей системой организма человека. Эндокринные железы выделяют биологически активные вещества (гормоны) непосредственно во внутреннюю среду - в кровь, лимфу и спинномозговую жидкость. Кроме эндокринных желез, биологически активные вещества выделяют другие клетки и ткани. Способ передачи регулирующей информации через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ называется гуморальной регуляцией.
Гуморальную регуляцию подразделяют на местную саморегуляцию и систему гормональной регуляции. Местная гуморальная регуляция (тканевая саморегуляция) практически не управляется нервной системой.
Под влиянием гормонов находятся те функции организма, для запуска или регуляции которых требуются минуты или часы. Следовательно, гуморальная регуляция осуществляется значительно медленнее, чем нервная передача. Эффект передачи гормональной информации оказывается "размытым", так как, продвигаясь к органам - мишеням, жидкая среда контактирует с прилегающими тканями и органами.
Система гормональной регуляции составляет часть единой нейро-гуморальной системы. Взаимодействие между клетками нервной и эндокринной системы осуществляется при помощи различных клеточных медиаторов, образованных из аминокислот (либерины, эндорфины и др.). Функция самих эндокринных желез управляется нервной системой, а гормоны, в свою очередь, влияют на нервные клетки, изменяя их состояние.
Кроме совместной регуляции, нервная и эндокринная системы могут действовать самостоятельно.
У человека высшим в системе управления вегетативными функциями является гипоталамус, расположенный в нижней части промежуточного мозга. Его тесная анатомическая и функциональная связь с гипофизом обеспечивает контакт с гормональной системой. Кроме того, имеется нервная связь гипоталамуса с корой большого мозга и другими частями нервной системы. Секреторная деятельность самого гипоталамуса зависит от содержания в плазме крови гормонов периферических эндокринных желез.
Нейрогуморальная регуляция лежит в основе саморегуляции физиологических функций организма (рис. 2). Это основной механизм поддержания организма на относительно постоянном уровне (гомеостаз). Например, при избытке сахара в крови нервная система стимулирует через гипофиз эндокринную часть поджелудочной железы. В кровь поступает больше гормона инсулина, в результате излишний сахар превращается в гликоген и откладывается в печени. При усиленной мышечной работе возрастает потребность в сахаре и в крови его становится недостаточно. Это является стимулом для усиления продукции адреналина надпочечниками, который способствует превращению гликогена в сахар. Количество сахара в крови возвращается к норме.
Рис. 2. Схема нейрогуморальной регуляции
Таким образом, нервная и эндокринная системы обеспечивают динамическое развитие организма и устойчивость его основных физиологических функций.
Общие замечания
Изучив общий обзор организма человека по учебнику и имеющимся пособиям, абитуриенты должны знать основные термины, строение клетки, органы и системы. Обратите внимание на специфичность различных тканей организма человека. Необходимо уметь изображать схемы рефлекса и нейрогуморальной регуляции, знать механизм рефлекторной и нейрогуморальной регуляции и уметь приводить примеры.