Группы крови. Переливание крови
В 1900 г. К.Ландштейнер (Австрия) установил, что кровь разных людей может быть различна в химическом отношении и что агглютинация (склеивание клеток крови) имеет место лишь тогда, когда донор несовместим с реципиентом вследствие этих химических особенностей. Существуют 4 основные группы крови, обозначаемые символами О, А, В, АВ. В плазме крови находится агглютинирующее вещество - агглютинин (антитело), а в эритроцитах - агглютинируемое вещество - агглютиноген (антиген). Оказалось также, что в плазме крови содержится два разных агглютинина. Они обозначаются буквами греческого алфавита – αи β
Агглютиногенов в эритроцитах тоже два. Они обозначаются буквами
латинского алфавита А и В. Агглютинация эритроцитов происходит в том
случае, если соединяются агглютинин α и агппотиноген А или агглютинин и агппотиноген В. В крови человека никогда не бывает этих факторов в такой комбинации, поэтому агглютинация своих собственных эритроцитов не происходит. Кровь людей по наличию в ней определенных агглютининов и агглютиногенов подразделяется (классификация Я.Янского) на следующие четыре группы.
- Первая группа (Ι, 0) в плазме соединяются агглютинины αи β, а в эритроцитах агглютиногены отсутствуют.
- Вторая группа (ΙΙ, А) в плазме содержится агглютинин β, а в эритроцитах агппотиноген А.
- Третья группа (ΙΙΙ, В) - содержит в плазме агглютинин α, а в эритроцитах агппотиноген В.
- Четвертая группа (ΙV, В) - агглютининов не содержит, а в эритроцитах имеются агглютиногены А и В.
Переливание крови впервые было предпринято недавно. Большая часть людей, которым переливали кровь, погибали. В дальнейшем было установлено, что причиной гибели являются склеивание и гемолиз эритроцитов переливаемой крови.
При переливании очень важно, чтобы эритроциты введенной крови не агглютинировались кровь человека, которому ее вводят. В противном случае эритроциты вводимой крови будут склеиваться и подвергаться гемолизу. Возникающее в этом случае изменение биологических свойств крови приводит к нарушению нервной деятельности, тяжелому расстройству кровообращения и смерти.
Совместимость групп крови:
Группа крови Может отдавать Может принимать
кровь донорам кровь групп
Ι Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, ΙV Ι
ΙΙ ΙΙ, ΙV Ι, ΙΙ
ΙΙΙ ΙΙΙ , ΙV Ι, ΙΙΙ
ΙV ΙV Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, ΙV
Резус-фактор
В эритроцитах людей имеется еще один фактор, обнаруженнй впервые Ландштейнером и Винером в 1940 г. в крови обезьян макак (макакуз резус), названный резус-фактором. Резус-фактор имеется у 86% людей, они названы резус-положительными. У 14% людей этот фактор отсутствует, они названы резус-отрицательными.
Резус-фактор - это антиген белковой природы, содержащийся в эритроцитах. По химической природе - это липопротеид. Он передается по наследству и не изменяется в течение жизни. Резус-фактор - один из основных антигенов системы резус, в которую входят еще 5 антигенов. Образование всех антигенов контролируется 3 парами аллельных генов, расположенных в двух хромосомах.
При переливании крови необходимо учитывать резус-фактор, так как, если в кровь резус-отрицательным людям ввести кровь резус-положительных людей, происходит гемолиз эритроцитов, т.е. их повреждение.
Наследование резус-фактора может определить появление смертельной анемии плодов или новорожденных. Такой плод имеет резус-положительную кровь, а его мать - резус-отрицательную. Свой фактор плод получает от отца. Этот резус-фактор (антиген) плода вызывает появление резус-антитела в крови матери. Когда эти антитела накапливаются в ней в достаточном количестве, то они проникают через кровоток в плод, разрушают его эритроциты и повреждают ткани. В результате бывает выкидыш или рождается ребенок с тяжелой гемолитической анемией. Для предупреждения резус-конфликта можно перелить младенцу резус-отрицательную кровь или ввести анти-резус-отрицательные антитела для предотвращения иммунизации матери (рис. 8).
| Рис. 8.Механизм развития резус-конфликта и способ его предотвращения |
Органы кровообращения
Кровеносная система состоит из крови, являющейся основной функциональной частью кровеносной системы, замкнутых кровеносных сосудов и сердца, приводящего кровь в постоянное движение по этим сосудам.
Центральным органом кровообращения, осуществляющим циркуляцию крови и лимфы по замкнутым кругам сосудов (большому и малому), является сердце - полый мышечный орган конусовидной формы, построенный из поперечно-полосатой мышечной ткани. Сердце четырехкамерное: продольной перегородкой полость сердца разделена на правую и левую половины, каждая из которых имеет две камеры (предсердие и желудочек).
Снаружи предсердия и желудочки отделены друг от друга поперечной венечной бороздой, предсердия лежат выше, а желудочки ниже этой борозды. Внутренние полости предсердий и желудочков сообщаются отверстиями, стенки которых имеют плотную, кольцевидно расположенную ткань, где прикрепляются створчатые клапаны.
В момент предельного сокращения стенка сердца становится очень плотной.
Величина сердца зависит от возраста и мышечной работы. У плода сердце выполняет большую нагрузку, так как кровь проходит не только через капилляры всего тела, но и через капилляры плаценты. После рождения капилляры плаценты (плодной оболочки) выпадают из круга кровообращения, выполняемая сердцем работа уменьшается, также уменьшается и масса сердца. Через четыре месяца после рождения масса сердца уменьшается в 2 раза и составляет 0,36% массы тела.
С увеличением физический нагрузки сердце увеличивается, и у взрослого человека весит 250 - 350 г, что составляет 0,4 -0,6% от массы тела.
Сердце все время находится в работе, при каждом сокращении его в аорту поступает 70-80 куб. см крови. При относительном покое оно перекачивает в аорту до 6 л крови (10 тыс. л за сутки). Сердце работает с отдыхом. Сердечная мышца отдыхает маленькими, но частыми интервалами.
Сердце человека сокращается до 60-80 раз в минуту, у крупных животных сердце работает медленнее: у слона частота пульса 46 ударов в минуту, у лошади - 55 ударов в минуту. Предсердия и желудочки сокращаются поочередно Когда предсердия сокращены(систола предсердий), желудочки расслаблены (диастола желудочков), а при расслабленных предсердиях (диастола предсердий) желудочки сокращены (систола желудочков). В период систолы желудочков при закрытых створчатых клапанах и открытых полулунных клапанах кровь из желудочков поступает в легочную артерию и аорту. При диастоле желудочков предсердия сокращены, кровь из них через открытые створчатые клапаны поступает в желудочки, полулунные клапана закрыты и препятствуют обратному току крови из легочной артерии и аорты с желудочки.
Каждое биение сердца состоит из сокращения, или систолы, сердечной мышцы и последующего ее расслабления, или диастолы. Предсердия и желудочки сокращаются неодновременно: сначала происходит систола предсердий (0,15 с), за ней следует систола желудочков (0,3 с). Остальные 0,40 с все камеры сердца отдыхают в расслабленном состоянии.
Кровь в организме движется по двум кругам кровообращения: большому и малому.
Большой круг кровообращения охватывает все системы организма, начинается из левого желудочки аортой и заканчивается в правом предсердии верхней и нижней полыми венами.
Артериальная кровь, поступающая из сердца в аорту, богата питательными веществами, кислородом и содержит определенное количество продуктов обмена веществ. Из аорты кровь поступает в отходящие от нее артерии. Из артерий кровь поступает в более мелкие сосуды - артериолы, а из них в капилляры, где между нею и клетками органов и происходит обмен веществ. Из крови в клетки поступают питательные вещества, кислород, гормоны, витамины, минеральные соли, вода и прочее, а из клеток в кровь поступают продукты обмена веществ и углекислый газ. Кровь становится венозной и из многочисленных вен головы, шеи, верхних конечностей поступает в верхнюю полую вену, туда же поступает и лимфа со всего тела, а из нижних конечностей, нижней половины туловища, внутренних органов - в нижнюю полую вену. Обе вены несут венозную кровь в правое предсердие. От продуктов обмена веществ кровь очищается в почках, куда попадает через почечные артерии. За каждый сердечный толчок через почечные артерии в почки поступает 30% крови. Продукты обмена веществ из почек удаляются в виде мочи по мочеиспускательным путям.
Очищенная от продуктов обмена веществ кровь поступает по почечным венам в нижнюю полую вену и как бы разбавляет венозную кровь, содержащую большое количество продуктов обмена веществ.
С большим кругом кровообращения связана система воротной вены печени, которая формируется из желудочной, селезеночной и кишечных вен. В кишечные вены через стенки кишечника всасываются питательные вещества: расщепленные до аминокислот белки, углеводы - до сахаров, жиры - до глицерина, жирных кислот, а также вода. Вместе с питательными веществами через стенки желудка и кишечника в кровь всасываются вредные вещества и поступают по воротной вене в печень. В печени воротная вена распадается на капилляры, проходящие через всю паренхиму печени, где вредные вещества обезвреживаются ее клетками. Капилляры печени снова светвляются, образуют печеночные вены, которые выносят очищенную от вредных веществ кровь в нижнюю полую вену, где венозная кровь обогащается питательными веществами. Венозная кровь, поступившая по верхней и нижней полым венам в правое предсердие, попадает далее в правый желудочек.
Дополнением к большому кругу является кровообращение, обслуживающее само сердце, начинающееся выходящими из аорты венечными артериями сердца и заканчивающееся венами сердца. Последние сливаются в венечный синус, впадающий в правое предсердие, а остальные вены непосредственно открываются в полость предсердия.
Из правого желудочка начинается Малый круг кровообращения. Венозная кровь, содержащая питательные вещества, продукты обмена веществ, углекислый газ и прочие вещества, поступает к легким. Здесь легочная артерия разветвляется на капилляры, которые оплетают тонкостенные легочные альвеолы. Через стенки альвеол и капилляров легочной артерии происходит газообмен; из крови в альвеолы поступает углекислый газ, а из альвеол в кровь кислород. Таким образом, венозная кровь освобождается от углекислого газа и обогащается кислородом, т.е. становится артериальной. Эта кровь из легких по легочным венам проступает в левое предсердие, где и заканчивается малый круг кровообращения.
Работа сердца
Сердце человека, находящегося в покое, перекачивает около 5 л крови в I мин, или около 75 мл при каждом сокращении. Это означает, что за каждую минуту через сердце проходит количество крови, равное общему ее количеству в организме. В действительности не вся кровь проходит через сердце один раз в минуту: часть крови, циркулирующей по более коротким путям, за это время попадает в сердце больше одного раза, а часть, проходящая более длинный путь, не успевает еще вернуться.
Сердце для своей деятельности не нуждается в стимулах со стороны центральной нервной системы (это подтверждается перерезкой нервов, идущих к нему от головного мозга). Сердце будет продолжать биться, даже если его поместить в подходящую среду, совершенно отделив от организма. Эту способность сохраняют даже несколько мышечных волокон, отпрепарированных от сердца. Частоту сокращений, обусловленных этим фундаментальным врожденным свойством сердечной ткани, регулирует ряд факторов, в том числе узловая ткань, находящаяся внутри сердечной мышцы, и две системы нервных волокон, идущих от головного мозга (рис.9).
Рис. 9.Схема строения сердца: 1 - аорта; 2 - полая вена; 3 - правое предсердие; 4 - правый желудочек; 5 - левое предсердие; 6 - левый желудочек; 7 - межжелудочковая перегородка; 8 - синоатриальный узел; 9 -атриовентрикулярный узел; 10 - ножки пучка Гисса с волокнами Пуркинье
В структуре сердечной мышцы расположены ведущий узел и проводящие пучки - ткань, имеющаяся только в сердце, которая стимулирует и регулирует сердечные сокращения. Она обладает свойствами как мышечной, так и нервной ткани. Синусный узел - это узел, находящийся в месте впадения верхней полой вены в правое предсердие;
второй узел, лежащий между предсердиями чуть выше желудочков, называется атриовентрикулярным узлом. Вниз от этого узла идут ветвящиеся волокна, проникающие во все части желудочков.
Синоатриальный узел дает первый импульс для сердечных сокращений и регулирует их частоту. Поэтому его называют ведущим узлом. Мышечная ткань предсердий и желудочков полностью разделены фиброзной предсердно-желудочковой перегородкой, поэтому их сокращения координирует только специализированная узловая ткань (атриовентрикулярный узел, пучок Гисса и волокна Пуркинье), проводящая импульсы примерно в 10 раз быстрее обычной мышечной ткани.
Кровеносные сосуды
Основная функция кровеносных сосудов: проведение крови и обеспечение обмена веществ между кровью и клетками тканей тела. Кроме того, кровеносные сосуды помогают сердцу приводить кровь в движение и регулируют кровенаполнение органов.
По строению и функции кровеносные сосуды разделяются на проводящие артерии (выносят кровь из сердца), вены (приносящие кровь в сердце) и капилляры, питающие клетки. Стенки кровеносных сосудов в связи с функцией построены разнообразно.
Стенка артерий и вен состоит из трех оболочек: внутренней оболочки, состоящей из эпителия и соединительной ткани, средней - из гладких мышечных волокон и наружной - из соединительной ткани, богатой эластическими волокнами.
В артериях хорошо развит мышечный слой.
В венах мышечный слой развит слабо. Кроме того, на внутренних стенках вен имеются полулунные клапаны количество которых больше в тех венах, где кровь течет в направлении, обратном действию силы тяжести.
Капилляры - самые мелкие, микроскопических размеров сосуды, стенки которых построены только из одного эндотелия. Диаметр капилляров колеблется от 4 до 12 мкм. Питательные вещества и кислород через тонкие стенки капилляров проникают в окружающие ткани, к клеткам организма. Наиболее крупные капилляры встречаются в печени, костном мозге, в зубном пульпе и плаценте, а наиболее мелкие - в головном и спинном мозге, в мышцах, в сетчатке глаза и некоторых других органах. Общий диаметр работающих капилляров в 500-800 раз больше диаметра аорты, поэтому давление крови в капиллярах сильно падает до 10-30 мм рт. ст.
Кровяное давление
Сокращение сердца создает давление крови в сосудах, которое возрастает при каждом сокращении желудочков и падает при каждом их расслаблении: Максимальное давление, обусловленное систолой сердца, называется систолическим давлением; минимальное давление, связанное с диастолой, называется диастолическим давлением. У человека и многих млекопитающих систолическое давление составляет около 120 мм ртутного столба, т.е. равно давлению столба ртути высотой 120 мм. Диастолическое давление равно 75 мм. Разность между систолическим и диастолическим давлением - амплитуда изменений давления при каждом сокращении сердца - называется пульсовым давлением.
Лимфатическая система
Лимфатическая система состоит из лимфы, лимфатических сосудов и лимфатических узлов. Лимфа, пройдя через лимфатические узлы, поступает в кровеносное русло.
При движении крови по кровеносным капиллярам, часть ее плазмы. содержащей питательные вещества и кислород, выходит из сосудов в окружающие ткани и составляет тканевую жидкостью. Тканевая жидкость омывает клетки. Между жидкостью и клетками идет постоянный обмен: в клетки поступают питательные вещества и кислород, а обратно - продукты обмена. Тканевая жидкость частично, через стенки капилляров, возвращается в кровеносные сосуды, а частично поступает в лимфатические капилляры и составляет лимфу. Процесс образования и оттока лимфы возрастает во время усиленной деятельности органов. Нарушения в оттоке лимфы вызывают отеки.
Лимфатические капилляры заканчиваются в органах слепо. Таким образом, лимфа течет в одном направлении, т.е. от органов, и направляется в область грудной полости. Лимфатические капилляры переходят в сосуды большего диаметра. Стенки лимфатических сосудов очень тонки и по своему микроскопическому строению напоминают стенки вен. Лимфатические сосуды, как и многие вены, снабжены клапанами. Движение лимфы обусловлено сокращением стенок лимфатических сосудов и сокращением мышц, между которыми эти сосуды проходят. Из всех сосудов тела лимфа собирается в два крупных лимфатических протока, впадающих в полую вену.
На пути следования лимфы лимфатические сосуды проходят через лимфатические узлы, представляющие собой продолговатые тельца. В лимфатических узлах происходит обогащение лимфы лимфоцитами, поглощение и обезвреживание всех чужеродных для данного организма веществ (рис. 10).
Рис. 10. Схема лимфатической систем: 1 - яремная вена; 2 – подключичная вена: 3 -шейные лимфатические узлы; 4 - подмышечные лимфатические узлы; 5 - грудной проток; 6 - брыжеечные лимфатические узлы; 7 -кишечник; 8 - паховые лимфатические узлы
Регуляция сердечно-сосудистой системы осуществляется за счет изменений минутного объема крови и сопротивления сосудистой системы. Механизмы, регулирующие кровообращение делят на местные (периферические) и центральные (нейрогуморальные).
Чувствительная иннервация сосудов осуществляется нервными окончаниями (баро- и хеморецепторами). Сосудо-двигательный центр находится в продолговатом мозге.
Поддержание постоянного давления в аорте осуществляется авторегуляторными механизмами, на принципе обратной связи.
Нервная регуляция осуществляется при участии симпатических (грудной и поясничный отделы) и парасимпатических (ядро блуждающего нерва в продолговатом мозге) нейронов.
Эндокринная регуляция включает мозговой и корковый слои надпочечника, гипофиз и почку (адреналин, альдостерон, вазопрессин, реннин).
Общие замечания
По учебнику и пособиям изучите следующие темы: борьба со СПИДом, донорство, предупреждение сердечно-сосудистых заболеваний, помощь при кровотечениях, влияние курения и алкоголя на сердце и сосуды. Особое внимание обратите на морфологию форменных элементов крови. Научитесь изображать схему классификации форменных элементов.
ДЫХАНИЕ
Энергию для всех бесчисленных форм активности растений и животных доставляют реакции биологического окисления. Существенную черту этих реакций составляет перенос атомов водорода с одной молекулы на другую. В организме большинства животных и растений имеется ряд соединений, каждое из которых принимает водород от предыдущего соединения и отдает его последующему. Конечным акцептором водорода в метаболизме большинства растений и животных служит кислород, который превращается в воду. Поскольку организм может хранить лишь небольшой запас кислорода ( в виде оксигемоглобина крови или аналогичного ему оксимиоглобина мышц), для поддержания обмена веществ требуется непрерывная доставка кислорода в каждой клетке. Многие клетки без кислорода быстро погибают, особенно чувствительны клетки мозга - если их снабжение кислородом прерывается лишь на 4-5 мин, то могут возникнуть необратимые повреждения центральной нервной системы.
Термин "дыхание" используют для обозначения тех процессов, при помощи которых животное и растение потребляет кислород, отдают углекислый газ и переводят энергию в форму, доступную для
биологического использования (например, в форму химической энергии, заключенной в фосфатных связях АТФ).
В биологии понятие дыхание имеет 3 разных значения:
- первоначально оно означало внешнее дыхание, т.е. вдыхание и выдыхание воздуха, смысл термина "искусственное дыхание" именно таков;
- позже, когда стало известно, что существенным процессом является обмен газами между клеткой и окружающей средой, термин "дыхание" стал обозначать этот газообмен;
когда стали известны детали клеточного метаболизма, это понятие начали относить к тем ферментативным реакциям в клетке, которые ответственны за использование кислорода.
Строение органов дыхания. Дыхательная система представлена воздухоносными путями (носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи) и дыхательной частью (паренхима легких) (рис. 11).
Рис. 11. Схема дыхательной системы человека: 1 - носовая полость; 2 -хоаны; 3 - глотка; 4 - плевральная полость; 5 - надгортанник; 6 - гортань; 7- трахея; 8 - бронх; 9 - альвеолы; 10 - левое легкое: 11 - правое легкое; 12 -область, занятая сердцем; 13 - диафрагма
Особенность строения дыхательных путей - наличие хрящевого остова в их стенках ( в результате чего стенки дыхательной трубки не спадаются) и наличие мерцательного эпителия, выстилающего слизистую оболочку (реснички которого колеблются по направлению движения выдыхаемого воздуха, изгоняют вместе со слизью инородные частицы, загрязняющие дыхательные пути).
Воздухоносные пути начинаются носовой полостью, разделенной костно-хрящевой перегородкой на правую и левую половины. Спереди носовая полость сообщается с наружной атмосферой через нос, а сзади - с глоткой посредством хоан. Из носовой полости, где воздух согревается и увлажняется, он попадает в носоглотку, а затем в гортань. Гортань помещается на уровне 4, 5, 6 шейных позвонков, образуя ясно видимое через наружные покровы выпячивание. Скелет гортани образован тремя непарными хрящами - перстеневидным, щитовидным, надгортанным, а также тремя маленькими парными - черпаловидными, клиновидными, рожковидными. Полость гортани покрыта слизистой оболочкой, выстланной многоядерным мерцательным эпителием, за исключением поверхности голосовых связок и надгортанника.
Гортань содержит голосовые связки, формирующие эластический конус. Голосовые связки - это эпителиальные складки, которые при прохождении между ними воздуха вибрируют, производя звук. Натяжение голосовых связок регулируется особыми мышцами, что позволяет издавать звуки разной высоты.
Внизу гортань переходит в дыхательное горло или трахею, расположенную по средней линии под кожей и окруженную небольшим слоем мышц.
Трахея представляет собой трубку, у взрослого длиной до 12 см. Трахея построена из 15-20 гиалиновых хрящевых полуколец, соединенных между собой кольцевидными связками. Трахея делится на два главных бронха - правый и левый, которые входят в правое и левое легкие (рис. 12).
Рис. 12. Трахея, главные бронхи и легкие: 1 - трахея; 2 -верхушка легкого; 3 - верхняя доля; 4 а - косая щель; 4 б - горизонтальная щель; 5 - нижняя доля; 6 - средняя доля; 7 - сердечная вырезка левого легкого; 8 - главные
Бронхи
Бронхи делятся на три ветви в правом легком и две ветви в левом легком. В свою очередь, эти крупные бронхиальные ветви разветвляются на более мелкие.
Легкие располагаются в грудной полости, по обеим сторонам сердца. Основание легкого обращено вниз и прилегает к диафрагме Закругленная верхушка легкого обращена вверх. На вогнутой поверхности легких, обращенной к средостению, находятся ворота легкого, куда входят бронхи, артерии и нервы. Наружная выпуклая поверхность легкого прилегает к ребрам. Левое легкое состоит из двух долей, разделенных одной междолевой бороздой. Правое - их трех долей, отделенных двумя междолевыми бороздами. Доли легкого состоят из сегментов, образованных, в свою очередь, дольками легких.
Внутри легкого каждый бронх разветвляется на бронхиолы, которые в свою очередь, повторно ветвятся на более узкие трубки, ведущие к концевым полостям - альвеолярным мешочкам. В стенке наиболее тонких бронхиол и альвеолярных мешочков находятся мельчайшие полости, называемые альвеолами, окруженные густой сетью кровеносных капилляров. Стенки альвеол тонкие и влажные, что позволяет молекулам газов легко проходить через них в капилляры. По довольно приблизительным подсчетам, общая поверхность альвеол, через которые могут диффундировать газы, составляет более 100 кв. м, т.е. в 50 с лишним раз больше поверхности кожи (рис. 13).
Рис. 13. Схема альвеолярного строения легких: 1 – терминальная бронхиола; 2 - альвеолярные ходы; 3 - капилляры; 4 - альвеолы; 5 -альвеолярные мешки
Плевра и средостение. В грудной полости имеются три обособленных серозных мешка - по одному для каждого легкого и один, средний - для сердца. Серозная оболочка легкого называется плеврой. Она состоит из правого и левого плеврального листков. Пространство, расположенное в грудной полости между правым и левым плевральными листками, заполненное органами, сосудами и нервами, называется средостением.
Легочное дыхание включает обмен воздуха между окружающей средой и легкими (внешнее дыхание) и обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью. Атмосферный воздух поступает в легкие через воздухоносные пути во время вдоха, при выдохе воздух с повышенным содержанием углекислого газа удаляется тем же путем в окружающую среду. В легких происходит диффузия кислорода в кровь и диффузия углекислого газа из крови в альвеолярный воздух (рис. 14).
Рис. 14. Схема газообмена при внешнем и внутреннем дыхании: 1 -альвеолярный мешочек;-2 - легочная альвеола; 3 - легочной капилляр; 4 -тканевой капилляр; 5 - клетки тела; 6 - внешнее дыхание; 7 – внутреннее дыхание
Гемоглобин - это пигмент красных кровяных телец, осуществляющий перенос почти всего кислорода и большей части углекислоты. Примерно 2% кислорода крови растворено в плазме, остальное же количество находится в соединении с гемоглобином. После того как кислород входит в кровь легочных капилляров, он диффундирует из плазмы в эритроциты и соединяется с гемоглобином: одна молекула кислорода присоединяется к одной молекуле гемоглобина с образованием молекулы оксигемоглобина:
Hb + О2 = Hb О2
гемоглобин оксигемоглобин
Эта реакция обратима, т.е. в зависимости от условий, ее направление может меняться. В легких реакция идет слева направо с образованием оксигемоглобина, а в тканях - справа налево с освобождением кислорода. Разница в цвете артериальной и венозной крови обусловлена тем, что оксигемоглобин имеет ярко-красную окраску, а гемоглобин - пурпурную. Соединение кислорода с гемоглобином и расщепление оксигемоглобина регулируются двумя факторами: прежде всего количеством присутствующего кислорода и в меньшей степени -количеством углекислоты.
Механизм вдоха.Акт вдоха обеспечивается сокращением наружных межреберных мышц и диафрагмы. Межреберные мышцы приподнимают ребра, несколько поворачивают их вокруг оси и отводят в стороны, а грудину - вперед. В результате объем грудной полости увеличивается в переднезаднем и боковых направлениях. Одновременно сокращается диафрагма, что приводит к снижению ее уровня на 3-4 см, увеличению размера грудной полости в вертикальном направлении и ее объема почти на 1000 мл.
Опускаясь, диафрагма давит на органы брюшной полости, что влечет за собой выпячивание передней брюшной стенки. Поступление воздуха в легкие происходит пассивным путем и обусловлено разностью давления его в легких и окружающей среде.
Механизм выдоха.Акт выдоха начинается в расслабления наружных дыхательных мышц и диафрагмы. Вследствие этого под действием эластических сил (стремление легких уменьшить свой объем) и
давления внутренних органов, а также силы тяжести грудной клетки объем ее уменьшается, давление воздуха в них становится выше атмосферного, и воздух удаляется в окружающую среду.
Типы дыхания.В зависимости от участия групп мышц в акте дыхания, различают грудной, брюшной (диафрагмальный) и смешанный типы дыхания. У мужчин тип дыхания - брюшной, у женщин - грудной. Однако он может меняться в зависимости от некоторых условий и физической, работы. Например, у женщин, занимающихся физической работой, преобладает брюшной тип дыхания.
Жизненная емкость легких - это объем воздуха, который человек может максимально выдохнуть после максимального глубокого вдоха, в среднем составляет 3500 мл. Определяют с помощью прибора спирометра (аппарат "Спиро 1-В").
Регуляция дыхания. Регуляция дыхания осуществляется рефлекторным и гуморальным механизмами. Оба эти механизма обеспечивают ритмический характер дыхания и изменяют его интенсивность, приспосабливая к различным условиям окружающей и внутренней среды. Дыхательным центром называют совокупность специализированных нервных клеток, расположенных в различных отделах центральной нервной системы (продолговатый мозг, верхняя часть варолиева моста, кора головного мозга).
Рефлекторная регуляция дыхания.Каждый вдох влечет за собой выдох, а выдох стимулирует вдох. Эта регуляция обусловлена взаимодействием между регулирующей (дыхательный центр) и регулируемой (дыхательные мышцы и легкие) системами.
Гуморальная регуляция.Специфическим гуморальным регулятором дыхательных движений является напряжение углекислого газа в крови, который, накапливаясь в крови, вызывает возбуждение дыхательного центра. После разрушения дыхательного центра в продолговатом мозге дыхание прекращается. Однако в регуляции дыхания принимают участие центры, расположенные также в коре полушарий головного мозга. Кора головного мозга оказывает на дыхание большое влияние, так как можно произвольно изменить ритм и глубину дыхания и даже задержать дыхание на некоторое время.
В течение жизни можно выработать множество условных дыхательных рефлексов. Этим путем обеспечивается более точное приспособление дыхания к потребности организма.
Общие замечания
■ Внимательно разберите строение воздухоносных путей и легких. Обратите внимание на то, что воздух, проходя по воздухоносным путям согревается, очищается и увлажняется. Изучите все имеющиеся схемы, обратив особое внимание на строение альвеолярных бронхиол. Самостоятельно изучите вопросы, связанные с искусственным дыханием, гигиеной дыхания, влиянием курения и окружающей среды.
ПИЩЕВАРЕНИЕ
Все животные, включая человека, относятся к гетеротрофам и нуждаются в разнообразном сырье и источниках энергии для поддержания своей жизнедеятельности. Углеводы, белки, жиры, витамины, вода, минеральные соли и микроэлементы жизненно необходимы для синтеза соединений, входящих в состав клеток.
Продукты пищеварения представляют собой низкомолекулярные вещества - простые сахара, свободные аминокислоты, глицерин, жирные кислоты, которые могут всасываться клетками.
В ходе эволюции у животных с более высокой организацией выработались специальные органы для добывания и переваривания пищи.
Затем продукты пищеварения транспортируются по кровеносным сосудам к использующим их клеткам тела.
Процесс распада принятых с пищей сложных питательных веществ происходит в органах пищеварения и составляет сущность пищеварения.
Пищеварительный тракт осуществляет секреторную,
всасывательную, экскреторную функции. Секреторная функция -образование железистыми клетками пищеварительных соков, содержащих ферменты, которые расщепляют белки, жиры, углеводы (ферменты, расщепляющие белки - протеазы, расщепляющие жиры - липазы, расщепляющие углеводы - амилазы).
Моторная или двигательная функция осуществляется мускулатурой пищеварительного тракта, обеспечивает жевание, глотание, передвижение пищи по пищеварительному тракту и удаление переваренных остатков.
Всасывательная функция осуществляется слизистой оболочкой желудка, тонкого и толстого кишечника: обеспечивает поступление переваренных органических веществ, солей, витаминов и воды во внутреннюю среду организма.
Экскреторная функция проявляется выделением из внутренней среды веществ (мочевина, мочевая кислота, лекарственные вещества, некоторые ядовитые вещества) в просвет желудочно-кишечного тракта.
Строениеи функции органов пищеварения(рис.15). В системе органов пищеварения различают: ротовое отверстие; полость рта; глотку; пищевод; желудок; тонкую кишку (состоящую из двенадцатиперстной, тощей и подвздошной), толстую кишку (состоящую из слепой, ободочной) и прямую, заканчивающуюся задним проходом - анусом. В пищеварительном аппарате находятся крупные железы: слюнные, открывающиеся своими протоками в ротовую полость; печень и поджелудочная железа, протоки которых впадают в двенадцатиперстную кишку.
Ротовая полость- это полость, ограниченная с боков зубами, деснами и щеками, снизу языком и сверху небом. Небо отделяет носовую полость от ротовой и состоит из твердого и мягкого неба. Мягкое небо играет большую роль при акте глотания, закрывая, как клапан, доступ пищевым массам в носовую полость. Язык, зубы и слюнные железы, протоки которых открываются в ротовую полость, служат важными органами механической обработки, продвижение и переваривания пищи. У человека язык, зубы и небо приняли на себя еще и функцию речи.
Языкпредставляет собой мускульный орган, служащий для переворачивания иперемешивания со слюной пищи и выполнения функции речи. Эпителий языка включает в себя группы чувствительных клеток, называемых вкусовыми почками, возбуждаемых под действием растворенных веществ и позволяющих человеку ощущать вкус.
Рис. 15.Схема пищеварительной системы человека. Печень, которая в действительности закрывает часть желудка и двенадцатиперстной кишки, отвернута назад, чтобы показать эти органы и желчный пузырь, лежащий на ее нижней поверхности:
1 - подчелюстная и подъязычная слюнные железы; 2 - околоушная слюнная железа; 3 - глотка; 4 - печень; 5 - желчный пузырь; 6 -двенадцатиперстная кишка; 7 - поперечная ободочная кишка:8 -восходящая ободочная кишка; 9 - аппендикс; 10 - пищевод; 11 -диафрагма; 12 - желудок; 13 - привратник; 14 - поджелудочная железа; 15 -нисходящая ободочная кишка; 16 - тонкая кишка; 17 - прямая кишка
Зубы - очень прочные органы, служащие для механической обработки пищи. В каждом зубе различают коронку (часть, свободно выступающую в полость рта), шейку (окруженную десной) и корень (погруженный в альвеолу соответствующей кости) (рис. 16).
По функции, строению и положению они подразделяются на резцы, клыки и коренные зубы. Основное вещество зуба - дентин. В области коронки дентин покрыт эмалью, которая состоит из микроскопических шестигранных призм, расположенных в один ряд. Эмаль - самая прочная ткань в организме. Корень покрыт цементом. Внутри зуба имеется полость, заполненная зубной пульпой, в которой разветвляются сосуды и нервы. Резцами и клыками пища откусывается, а коренными зубами - размельчается.
|
Рис. 16. Схема строения коренного зуба человека: 1 - коронка; 2 - шейка; 3 - корень; 4 - эмаль; 5 - дентин; 6 - пульпа; 7 - десна; 8 - челюстная кость; 9 -зубной цемент
Слюнные железы.У человека существуют 3 пары крупных слюнных железы, которые выделяют слюну 2 типов. Первый тип -водянистая слюна - служит для размачивания сухой пищи, второй -слизистая слюна - содержит слизь и делает пищу скользкой, облегчая ее прохождение по пищеводу, а также склеивает частицы пищи в комок, удобный для проглатывания. Слюна смачивает слизистые ротовой полости, предохраняя ее от высыхания, обладает защитными антибактериальными свойствами, облегчает речь. Околоушные железы выделяют только водянистую слюну. Подчелюстные и подъязычные железы выделяют как водянистую, так и слизистую слюну.
Слюна является одним из пищеварительных соков, содержит фермент птиалин, превращающий крахмал в мальтозу и расщепляющий мальтозу до глюкозы. Слюна имеет слабокислую реакцию (рН 6,5-6,8), при которой птиалин наиболее активен. В желудке, где среда более кислая, действие птиалина прекращается. Однако пища, проглоченная комком, содержит внутри птиалин, который продолжает действовать некоторое время.
Отделение слюны происходит рефлекторно, т.е. в основе этого процесса лежит слюноотделительный рефлекс. Количество слюны изменяется в зависимости от вида и качества пищи.
Измельченная и увлажненная пища из ротовой полости поступает в глотку. Во время глотания небная занавеска поднимается и закрывает отверстия, ведущие из носовой полости в глотку. Поэтому пища или вода не попадают в носовую полость при входе или выходе.
Глотка- перепончато-мышечный, воронкообразный орган. Небно-. глоточными складками и небной занавеской глотка делится на верхний дыхательный и нижний пищеварительный отделы. В глотке перекрещиваются дыхательный и пищеварительный пути.
Из глотки пища попадает в пищевод. Пищевод представляет собой трубку, по которой пища спускается от глотки вниз к желудку. Он находится между легкими, позади сердца, и, проходя через диафрагму, достигает желудка. Пищевод имеет хорошо развитые мышечные стенки. Верхняя его треть состоит из поперечно-полосатой мускулатуры, нижние две трети - из гладкой.
Сокращение мышц в стенке глотки и присутствие пищевого комка в верхней части пищевода вызывают в его стенке одиночную волну сильного мышечного сокращения - перистальтическую волну, которая проталкивает пищевой комок вниз до самого желудка. Этой волне предшествует волна расслабления, расширяющая пищевод и освобождающая место для пищи. Такие же перистальтические волны продвигают перевариваемую пищу через все органы пищеварительного канала. В силу того, что пищевод имеет мощные мышечные стенки, продвижение пищи по нему совершается очень быстро. В месте впадения пищевода в желудок имеется кольцо гладкой мускулатуры, или сфинктер. В норме, в покое это отверстие закрыто и открывается при прохождении перистальтической волны.
Желудок (рис. 17). Из пищевода пища попадает в желудок, который представляет собой толстостенный мышечный мешок, находящийся в левой стороне тела, под ребрами.
Желудок условно делится на три части: верхняя часть называется дном; средняя часть - телом желудка; нижняя часть, переходящая в тонкий кишечник, - пилорической частью. Мышечный аппарат желудка чрезвычайно развит: помимо круговых и продольных мышечных волокон, имеющихся во всех других отделах пищеварительного тракта, в желудке есть еще слой диагональных волокон. Слизистая оболочка желудка содержит огромное количество желез, выделяющих желудочный сок, в состав которого входят ферменты (пепсин) и соляная кислота. Желудочный сок в чистом виде имеет резко кислую реакцию (рН 1,0). Наличие пищи в желудке сдвигает рН до 3,0 - 4,0 и более, в зависимости от ее химического состава. Величина желудка может значительно меняться. После попадания пищи в желудок в области пилорического отдела возникают перистальтические волны, идущие по направлению к кишечнику.
|
Рис. 17. Схема желудка: 1 - дно желудка; 2 - тело желудка; 3 - складки желудка; 4 - привратниковая часть; 5 - канал привратника; 6 – кардиальная часть
Это приводит к тому, что комки пищи механически дробятся на более мелкие, пища хорошо перемешивается и, приобретая консистенцию протертого супа, уже в значительной степени переварена. Пилорическии сфинктер периодически расслабляется, и небольшое количество пищевой кашицы (химуса) проталкивается при помощи сокращения желудка в тонкий кишечник, опорожнение желудка занимает от i до 4 ч в зависимости от химического состава пищи. Так, например, углеводная пища выходит из желудка быстрее, чем белковая, а белковая быстрее, чем пища, богатая жирами. Пустой желудок также продолжает сокращаться, и эти сокращения через нервные волокна создают чувство голода.
Желудочный сок обладает свойствами задерживать рост и развитие микробов, попавших с пищей, а некоторые из них даже уничтожает, выполняя тем самым защитную функцию в организме. Желудочный сок, как и слюна, отделяется рефлекторно.
Тонкий кишечник.Представляет собой извилистую трубку, в которую переходит пища из желудка под действием перистальтических волн. Большая часть процесса пищеварения и почти все всасывание происходят в тонкой кишке. Длина тонкой кишки может варьировать в филогенезе в зависимости от качества пищи. Самый верхний отдел тонкой кишки (25 см) называется двенадцатиперстной кишкой прикрепляется к брыжейке. Брыжейка содержит сосуды и нервные стволы (нервы).
В двенадцатиперстной кишке к перевариваемой пище присоединяется 2 весьма важных компонента пищеварительных жидкостей: желчь из печени и панкреатический сок из поджелудочной железы. В стенке кишки находятся миллионы мельчайших кишечных желез, выделяющих кишечный сок, насыщенный рядом ферментов. Эти 3 компонента смешиваются в тонкой кишке и завершают процесс пищеварения, который начинается в ротовой полости и желудке.
При наличии пищи тонкие кишки находятся в непрерывном движении. Различают 2 типа кишечных сокращений: перистальтические и маятникообразные. Первые продвигают пищевые массы вперед, а вторые перемешивают содержимое кишки, что ведет к размельчению кусочков химуса и создает лучшие условия для всасывания перевариваемой пищи в кровь. Когда пищевая масса переходит в толстый кишечник, процесс пищеварения и всасывания заканчивается. Пищевые массы, переходящие в толстый кишечник, состоят в основном из непереваренных остатков и большого количества воды.
Печень - самая большая железа в человеческом теле. Является жизненно важным органом, выполняя очень важные функции. Располагается под диафрагмой, большая часть справа и небольшая - слева. Печень в организме выполняет следующие функции:
- вырабатывает желчь;
- накапливает углеводы и участвует в обмене сахаров;
- синтезирует белки;
- играет важную роль в реакциях промежуточного обмена веществ.
Клетки печени постоянно вырабатывают желчь, которая собирается по разветвленной сети мелких протоков в крупные протоки, заканчивающиеся в желчном пузыре. Здесь желчь сохраняется и поступает в просвет кишки по мере необходимости, но предварительно из нее удаляются вода и соли, так что ее концентрация может сильно возрастать. Присутствие химуса побуждает слизистую двенадцатиперстной кишки секретировать холецистокинин - вещество, которое способно стимулировать сокращение мышечной стенки желчного пузыря. Желчь не содержит пищеварительных ферментов, а несет желчные соли, играющие роль эмульгаторов жиров. В итоге, в пищевых массах в результате перемешивания образуется тонкая эмульсия или суспензия, жировых капелек. В таком виде действие липазы - фермента, расщепляющего жиры, - наиболее эффективно. В случае закупорки желчных протоков переваривание и всасывание жира нарушаются и, он, в основном, выводится из организма.
Сами желчные соли в дальнейшем всасываются в нижних отделах кишечника и переносятся обратно в печень и далее снова в желчь. Таким образом желчные соли тщательно сохраняют организм.
Поджелудочная железа.Крупная по величине железа, расположенная между желудком и двенадцатиперстной кишкой. Пищеварительный секрет, содержащий ряд ферментов, поступает в просвет двенадцатиперстной кишки через особый проток. Кроме того, некоторые клетки поджелудочной железы (островки Лангерганса) выделяют в кровоток инсулин. Эти виды секреции совершенно обособлены друг от друга. Следовательно, поджелудочная железа имеет две секреторные функции: пищеварительную и эндокринную.
Панкреатический сок - прозрачная водянистая жидкость с выраженными щелочными свойствами (рН - 8,5). Химус, вышедший из желудка и имеющий кислую реакцию, нейтрализуется секретом поджелудочной железы. Ферменты, выделяемые поджелудочной железой, как и ферменты, выделяемые стенкой кишечника, не способны оказывать свое действие в кислой среде, поэтому кислотность пищевых масс, поступающих из желудка, должна быть нейтрализована. Клинические наблюдения показывают, что при закупорке протока поджелудочной железы, когда ферменты ее не могут поступать в просвет кишечника, человек начинает очень много есть и, несмотря на это теряет в весе. Это подчеркивает особую важность поджелудочной железы (ее пищеварительные функции) для процессов пищеварения.
Толстая и прямая кишки.Толстая кишка состоит из следующих отделов: слепая, восходящая, поперечная, нисходящая. Пищевые массы попадают в слепую кишку. Недалеко от этого впадения расположен
червеобразный отросток (аппендикс): у человека, в отличии от других животных (особенно травоядных), слепая кишка практически редуцирована, что связывают с изменением характера питания. Пищевые массы, лишенные питательных веществ в результате всасывания в тонком кишечнике имеют жидкую консистенцию, основная функция толстой кишки помимо проведения остатков пищи заключается во всасывании воды и представлении места для обитания бактерий (кишечные палочки, необходимые для жизнедеятельности человека). Перемешивающие и перистальтические волны характерны и для толстого кишечника, однако их интенсивность в нем менее выражена. Конечный продукт пищеварения (кал) содержит непереваренные остатки пищи, некоторые вещества, выделяемые организмом (желчные пигменты, тяжелые металлы и т.д.) и большое количество бактерий. Последние составляют половину всей массы экскриментов.
Работы И.П.Павлова
С помощью оригинальных методик ИЛЛавлов детально изучил деятельность пищеварительных желез и раскрыл роль нервной системы в пищеварении в нормальных условиях.
I. Изучение деятельности слюнных желез:
- методика наложения хронической фистулы (слюнной проток
выводят наружу) дает возможность изучить деятельность крупных
слюнных желез в отдельности, провести количественное измерение и
качественное исследование слюны. Слюна выделяется в ответ на
поступление пищи в рот. Количество и качество слюны зависит от
характера пищи. Слюноотделение наблюдается и на введение в рот
несъедобных, отвергаемых веществ (например, кислоты).
Иннервируются слюнные железы симпатическими и парасимпатическими волокнами вегетативной нервной системы. Раздражение парасимпатического нерва вызывает обильные выделения жидкой слюны, а симпатического - небольшое количество густой слюны. Центр слюноотделения находится в продолговатом мозге.
Слюноотделение осуществляется рефлекторным путем: пища ———→ окончания язычного нерва ——→ язычный нерв ———→ продолговатый мозг ——→ лицевой и языкоглоточный нервы ——→ слюнная железа → ——→ слюна. Помимо безусловно-рефлекторного отделения слюны, возможно и ее условно-рефлекторное выделение. Показ пищи, ее запах, вид служителя и другие раздражители, совпадающие по времени с кормлением, вызывают слюноотделение.
Условно-рефлекторная дуга слюноотделения проходит через кору головного мозга.
ΙΙ. Изучение секреции желудочных желез:
- наложение фистулы желудка позволяет получать желудочный сок с примесью пищи или слюны, что часто мешает изучению деятельности желез;
- методика эзофаготомии (перерезка пищевода) разобщает связь между ротовой полостью и желудком. При еде пища не попадает в желудок, а вываливается наружу, такое кормление И.П.Павлов назвал мнимым. В результате из желудка выделяется чистый желудочный сок, без примесей. Были изучены свойства желудочного сока и его рефлекторное выделение при раздражении полости рта и глотки. Однако нельзя было выяснить влияние на секрецию желудочных желез пищи, когда она находится в желудке;
методика изолированного малого желудочка - вырезают часть дна желудочка, сохраняя стенку, по которой идут нервы, В результате образуется два желудка, у которых полости не сообщаются, но нервы и сосуды общие. Следовательно, сохраняется общая иннервация и кровоснабжение. Изолированный малый желудочек, в котором никогда не бывает пищи выделяет желудочный сок одновременно и точно так же, как и большой, где идут нормальные процессы пищеварения. Желудочный сок выделяется только во время пищеварения, примерно через 5-9 минут после начала еды. На количество и состав желудочного сока влияет характер пищи. Больше всего сока выделяется на белковую пищу, меньше на углеводную и еще меньше на смешанную.
Возбудителями желудочной секреции являются:
- нервное возбуждение желез в результате безусловного или условного рефлекса;
- механическое раздражение рецепторов в стенке желудка при попадании пищи;
- химическое влияние веществ крови.
В начале пищеварения сокоотделение в желудке происходит безусловно-рефлекторно. Секреторным нервом желудка является блуждающий нерв, передающий возбуждение в продолговатый мозг.
Условно-рефлекторное сокоотделение всегда предшествует еде (этот сок И.П. Павлов назвал аппетитным, или запальным), его физиологическое значение заключается в подготовке желудка к приему пищи. Таким образом, при нормальном акте еды всегда осуществляется сложнорефлекторное отделение желудочного сока. Оно продолжается 1,5-2 часа. Дальнейшее сокоотделение происходит под влиянием механических и химических воздействий ( 6-10 часов). Обильное сокоотделение вызывают мясной бульон, отвар овощей, продукты расщепления белков, к веществам, тормозящим деятельность желудочных желез относится жир. Тормозящее влияние может быть обусловлено элюциональным состоянием: ярость, гнев, ощущение неприятного запаха или вкvca. Защитным рефлекторным актом, с помощью которого из организма удаляются вредные для него вещества, является рвота. Рвота происходит при выдохе, возникает при раздражении зева, корня языка, слизистой оболочки желудка, кишечника и т.п.. Центр рвоты находится в продолговатом мозге. Рвоту можно вызвать при введении в кровь или подкожно некоторых веществ, например апоморфина.