Тромбоциты – красные кровяные пластины – выполняют также защитную функцию, участвуя в механизмах свертывания крови. При ранении кровеносных сосудов тромбоциты разрушаются, при этом из них выходят в плазму вещества, необходимые для формирования кровяного сгустка – тромба. Время свертывания крови в норме составляет от 3 до 5 минут. В нормальных условиях кровь в неповрежденных кровеносных сосудах не свертывается благодаря наличию в организме противосвертывающих факторов. Если работа свертывающей системы нарушена, тромбы образуются чаще и мешают нормальному кровообращению, закупоривая сосуды, что приводит к тяжелым болезням (инфаркт, инсульт).
Постоянство химического и клеточного состава крови регулируется различными способами, отклонение от него – сигнал тревоги. Клетки крови недолговечны: эритроциты живут около 4 месяцев, некоторые виды лейкоцитов – 3 дня и даже несколько часов. Но их численность не уменьшается, несмотря на то что клетки, циркулирующие в крови, утрачивают способность к делению. В таких быстро обновляющихся клеточных системах, как кровь, присутствуют малодифференцированные клетки, из которых при надобности образуются все разнообразные клетки крови.
После того как в 1901 г. было обнаружено, что при одних сочетаниях плазмы и эритроцитов разных людей наблюдается агглютинация (т. е. склеивание эритроцитов), а при других – нет, появилась классификация групп крови, которая учитывается при ее переливаниях.
Система кровообращения. Система кровообращения у человека – это сердце и замкнутая система кровеносных сосудов, включающая артерии, вены, капилляры. Кровь движется по сосудам главным образом за счет работы сердца. Сокращаясь, сердце выбрасывает порцию крови (70 мл) в артерии, при расслаблении сердца в него вливается кровь из вен. Сердце сокращается ритмично, частота сердцебиений составляет 75 раз в минуту. Объем крови, перекачиваемый сердцем за 1 минуту, составляет 6 л, но может достигать и 30 л/мин, если человек находится в состоянии возбуждения или выполняет большую физическую нагрузку.
Сердце человека состоит из двух половин – правой и левой. В каждой из них имеются две камеры: предсердие и желудочек, отделенные друг от друга клапанами, т. е. сердце у человека четырех камерное.
Из левого желудочка артериальная кровь выталкивается в самую крупную артерию – аорту. Аорта дает начало большому кругу кровообращения, назначение которого – питание кровью, богатой кислородом и питательными веществами, всего тела человека. В капиллярах, имеющих микроскопическую величину (2,5-30 мкм), артериальная кровь насыщается углекислым газом и продуктами распада и превращается в венозную. Венозная кровь собирается сначала в мелкие, а затем в крупные вены и, наконец, по двум полным венам возвращается в правое предсердие. Здесь заканчивается большой круг кровообращения.
Малый (легочный) круг кровообращения начинается из правого желудочка, откуда кровь направляется в легкие. Там благодаря газообмену венозная кровь превращается в артериальную, затем возвращается в левое предсердие, а оттуда – в левый желудочек.
Частота сердечных сокращений обычно измеряется по пульсу и в норме составляет 75 раз в минуту. Величина кровяного давления в норме – 110–125/70-85 мм рт. ст.
Дыхательная система. Основная функция органов дыхания – обеспечение тканей организма человека кислородом и освобождение их от углекислого газа. Наряду с этим органы дыхания участвуют в голосообразовании, обонянии и других функциях. В дыхательной системе выделяют органы, которые выполняют воздухопроводящую (полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи) и газообменные функции (легкие). В процессе дыхания атмосферный кислород связывается кровью и доставляется в клетки и ткани организма. Внутриклеточное дыхание обеспечивает освобождение энергии, необходимой для поддержания процессов жизнедеятельности. Образующийся при этом углекислый газ переносится кровью к легким и удаляется с выдыхаемым воздухом.
Поступление воздуха в легкие (вдох) является результатом сокращения дыхательных мышц и увеличения объема легких. Выдох происходит вследствие расслабления дыхательных мышц. Регуляция дыхания осуществляется центральной нервной системой, специальные области которой обусловливают автоматическое дыхание (чередование вдоха и выдоха) и произвольное дыхание, обеспечивающее приспособительные изменения в системе органов дыхания, соответствующие конкретной внешней ситуации и осуществляемой деятельности. Группа нервных клеток, ответственная за осуществление дыхательного цикла, называется дыхательным центром. Дыхательный центр располагается в продолговатом мозге, его разрушение приводит к остановке дыхания.
Пищеварительная система. Пищеварительная система человека состоит из пищеварительной трубки (длиной 8–9 м) и тесно связанных с нею крупных пищеварительных желез: печени, поджелудочной железы, слюнных желез. Пищеварительная система начинается полостью рта и заканчивается анальным отверстием. Сущность пищеварения состоит в физической и химической переработке пищи, в результате которой становится возможным всасывание питательных веществ через стенки пищеварительного тракта и поступление их в кровь или лимфу.
К питательным веществам относятся белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины. В пищеварительном аппарате происходят сложные физико-химические превращения пищи: от формирования пищевого комка в полости рта до всасывания и удаления непереваренных ее остатков. Эти процессы осуществляются в результате двигательной, всасывающей и секреторной функций аппарата пищеварения. Все эти три функции регулируются нервным и гуморальным путем. Нервный центр, регулирующий функции пищеварения, а также пищевую мотивацию, находится в гипоталамусе (промежуточный мозг), а гормоны большей частью образуются в самом желудочно-кишечном тракте.
В ротовой полости осуществляется первичная химическая и физическая переработка пищи. Слюноотделение происходит рефлекторно. Оно усиливается, когда мы чувствуем приятные запахи или, например, при попадании инородных частиц в ротовую полость. Слюна обладает бактерицидными свойствами. Физическая обработка пищи включает размельчение и формирование пищевого комка. Кроме того, в ротовой полости происходит формирование вкусовых ощущений.
После глотания пища попадает в желудок. В зависимости от состава пища находится в желудке разное время. Желудочный сок имеет очень сложный состав: пепсиногены, расщепляющие белки; липазы, расщепляющие жиры; соляная кислота, придающая соку кислую реакцию, и слизь, предохраняющая стенку желудка от самопереваривания.
Почти полное освобождение желудка происходит через 2–3 часа после приема пищи. При этом он начинает сокращаться в режиме 3 раза в минуту. В двенадцатиперстной кишке пища подвергается действию желчи, поджелудочного сока и кишечного сока. В тонком кишечнике сочетаются три взаимосвязанных процесса – полостное (внеклеточное) пищеварение, пристеночное (мембранное) и всасывание. Переваривание здесь продолжается 5–6 часов. Клетки кишечного эпителия покрыты микроворсинками, через которые происходит всасывание простых молекул в кровь и в лимфу. Так, белки всасываются в кровь в виде аминокислот, углеводы – в виде глюкозы и других моносахаридов, а жиры – в виде глицерина и жирных кислот в лимфу и частично в кровь. Процесс пищеварения заканчивается в толстом кишечнике, железы которого секретируют слизь. В толстом кишечнике благодаря населяющим его бактериям происходит брожение клетчатки и гниение белков, в результате чего образуется ряд ядовитых продуктов, которые, всасываясь в кровь, обеззараживаются в печени. Печень выполняет барьерную (защитную) функцию, синтезируя из ядовитых веществ безвредные для организма вещества. В толстом кишечнике завершается активное всасывание воды и формирование каловых масс. Микрофлора толстого кишечника осуществляет биосинтез некоторых биологически активных веществ (например, витаминов группы В и К).
Обмен веществ и энергии. Французский ученый К. Бернар установил, живой организм и среда – это единая система, т. е. между ними происходит непрерывный обмен веществами и энергией. Энергия необходима организму для поддержания всех его жизненных функций. Единицы измерения энергии – это калория или джоуль. Откуда же берется в организме энергия? Она выделяется за счет окисления сложных органических соединений, т. е. белков, жиров и углеводов, поступающих в организм с пищей. Основным аккумулятором и переносчиком энергии является АТФ. Поэтому АТФ – это универсальный источник энергии в организме человека. Высвобождение энергии происходит за счет гидролиза АТФ, когда разрывается химическая связь концевой фосфатной группы и высвобождается энергия. Часть этой энергии выделяется в виде теплоты (например, при сокращении мышц около 80 % энергии теряется в виде тепла и только 20 % превращается в механическую работу).
Обмен веществ, или метаболизм, состоит из двух противоположных и взаимосвязанных процессов: анаболизма и катаболизма.
Анаболизм – это процессы биосинтеза органических веществ (например, синтез белков из аминокислот). Анаболизм обеспечивает рост, развитие организма, обновление его структур. Этот процесс требует затраты энергии.
Катаболизм – это процессы расщепления сложных молекул до простых веществ с образованием энергии в виде АТФ.
Конечные продукты катаболизма – вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и другие – удаляются из организма.
Соотношение этих двух процессов определяет три различных состояния: динамическое равновесие, рост, частичное разрушение структур тела. При динамическом равновесии, когда процессы анаболизма и катаболизма уравновешены, общее количество ткани не изменяется. Превалирование анаболических процессов приводит к накоплению ткани, происходит рост организма; преобладание катаболизма над анаболизмом приводит к разрушению ткани, уменьшению массы организма – его истощению. У взрослых обычно при нормальном состоянии организма эти процессы находятся в состоянии равновесия.
Обмен белков. Белки в обмене веществ занимают особое место.
Белки – это вещества, состоящие из аминокислот (их 20), а также азота. Они 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, – тоже белки.
Продукты расщепления белков – аминокислоты, из них синтезируются специфические для данного организма белки. Некоторые аминокислоты (лейцин, метионин, фенилаланин и др.) незаменимы для организма. Если в пище отсутствует такая аминокислота, то синтез белков резко нарушается. К полноценным белкам, содержащим весь необходимый для синтеза набор аминокислот, относят преимущественно животные белки (белки мяса, яиц, молока, рыбы).
Кроме строительной, белки выполняют и энергетическую функцию. Так, при сгорании 1 г белка в организме высвобождается 4,1 ккал энергии. В сутки человек должен потреблять не менее 85–90 г белка. Но не следует потреблять их больше этой нормы, так как про запас белки не откладываются, наоборот, может ухудшиться аппетит, нарушиться кислотно-щелочное равновесие.
Обмен жиров. Поступивший с пищей жир в организме расщепляется на глицерин и жирные кислоты. Из этих веществ, а также из продуктов обмена углеводов и белков синтезируется жир, который используется организмом как богатый источник энергии. При сгорании в организме 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энергии. Кроме того, жир является обязательной составной частью многих клеточных структур. Неизрасходованный в организме жир откладывается в подкожной жировой клетчатке, в оболочках вокруг внутренних органов.
Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму, должны поступать с пищей, так как он не способен их синтезировать. Содержатся эти кислоты в растительных маслах. С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (А, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение. В сутки потребность в жирах составляет 80-100 г.
Обмен углеводов. Углеводы являются основным источником энергии. Наибольшее количество углеводов содержится в злаках, картофеле. Богаты углеводами также овощи и фрукты. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками организма. Неиспользуемая глюкоза в печени синтезируется в гликоген – полисахарид, откладывающийся в печени и мышцах и являющийся резервом углеводов в организме. При отсутствии углеводов в пище они могут вырабатываться из продуктов распада белков и жиров. Особенно чувствительной к снижению уровня глюкозы в крови (гипогликемии) является ЦНС. Уже незначительное снижение сахара в крови вызывает слабость, головокружение, при значительном падении углеводов наступают разные вегетативные расстройства, судороги, потеря сознания.
Глюкоза входит в состав нуклеиновых кислот, цитоплазмы и, следовательно, необходима для образования новых клеток, особенно в период роста. Потребность в углеводах составляет в сутки 350–450 г.
Таким образом, соотношение в пищевом рационе основных питательных веществ составляет 1: 1: 4 (белков, жиров, углеводов).
В состав пищи входят также вода, минеральные вещества и витамины. Витамины – это особая группа веществ, не синтезируемых вовсе или синтезируемых в малых количествах в организме человека. Однако эти различные по своей химической природе вещества необходимы для нормального обмена веществ, роста, развития человека, поддержания его здоровья. Все витамины можно подразделить на водо– и жирорастворимые. К первой группе относят витамин С, витамины группы В. Они содержатся в основном в продуктах растительного происхождения (овощах, фруктах). Источником жирорастворимых витаминов (А, Д, Е и К) является пища животного происхождения (молоко, яйца, мясо, печень и т. д.). Некоторые витамины синтезируются микрофлорой кишечника (витамин К, В6). При полном отсутствии витаминов в пище возникают авитаминозы, которые могут сопровождаться различными заболеваниями. В настоящее время мы чаще сталкиваемся (особенно в зимнее время) с гиповитаминозами – с недостаточным поступлением витаминов с пищей. Этот недостаток легко можно устранить приемом поливитаминов, содержащих весь комплекс витаминов и минеральные добавки.
Физиология выделения. К выделительным органам относят почки, кожу, кишечник, легкие. Легкие удаляют из организма углекислый газ, пары воды, летучие вещества. Из кишечника удаляются с калом соли тяжелых металлов, избыток невсосавшихся пищевых веществ. Потовые железы кожи выделяют воду, соли, органические вещества. Но основная роль в выделительных процессах принадлежит почкам.
Органы мочевыделения – это почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал. Основная функция почек – экскреторная – удаление из организма вредных и чужеродных для него веществ путем образования и выведения мочи.
Почки располагаются в брюшной полости по обе стороны от позвоночного столба, имеют форму боба и массу около 120 г каждая. На вогнутом крае почки имеется углубление – почечные ворота, через которые проходят сосуды, нервы и мочеточник. Почки получают крови больше, чем любой другой орган, в них происходит образование мочи из веществ, приносимых кровью.
Почки каждую минуту пропускают более 1 л крови, а всего ими за сутки фильтруется и очищается 170 л крови. Моча выделяется в количестве 1–1,5 л в сутки и содержит вредные продукты метаболизма: мочевину, мочевую кислоту, аммиак, а также воду, неорганические вещества и пигмент урохром. В норме у здорового человека не должны содержаться в моче глюкоза, белок, кровь. Присутствие их может быть связано с различными заболеваниями (сахарный диабет, нефрит и др.).
Кожа – крупнейший орган нашего тела; ее разнообразные специализированные клетки образуют сложные структуры и подсистемы. По современным представлениям кожа обладает способностью включать в действие мощные защитные силы, она является активным элементом иммунной системы человека. Кожа состоит из эпителиальной и соединительной тканей, содержащих рецепторы, нервные волокна, кровеносные сосуды, потовые и сальные железы. Функции кожи: участие в поддержании постоянства внутренней среды как органа выделения; обеспечение контактов организма с внешней средой; защитная; терморегуляционная (через кожу осуществляется 80 % теплоотдачи); дыхательная (через кожу поступает 1,5 % кислорода).
Выделительная функция кожи осуществляется потовыми железами. Их количество колеблется от 2 до 3,5 млн. Потовые железы на теле распределены неравномерно, больше всего их в подмышечных впадинах, на ладонях и подошвах ног, меньше на спине, голенях и бедрах. С потом выделяется из организма значительное количество воды и солей, а также мочевина. Суточное количество пота у взрослого человека в покое – 400–600 мл в сутки, с потом выделяется около 40 г поваренной соли и 10 г азота.
Нервная система. Мозг реального живого человека, действующего в мире природы и социальной истории, представляет собой продукт длительной эволюции Вселенной, и поэтому он сам является отражением мира.
Из всех известных человеку систем его нервная система – самая сложная. Она содержит 50 млрд нервных клеток, объединенных в невероятно сложную сеть. В мозге находятся чувствительные центры, анализирующие изменения, которые происходят как во внешней, так и во внутренней среде. Мозг управляет всеми функциями организма, включая мышечные сокращения и секреторную активность желез.
Таким образом, нервная система выполняет две важнейшие функции. Первая из этих функций коммуникационная. С одной стороны, это передача различным нервным центрам информации, получаемой рецепторами, находящимися в коже, глазах, ушах, носу, рту и других органах; с другой – это проведение сигналов от нервных центров к железам и мышцам, что дает возможность адекватным и специфическим образом реагировать на те события во внешней среде, с которыми сталкивается организм. Эту двоякую функцию обеспечивает периферическая нервная система.
Второй важной функцией нервной системы, без которой теряет смысл и ее первая функция, является интеграция и переработка получаемой информации и программирование наиболее адекватной реакции. Эта функция принадлежит центральной нервной системе и включает широкий диапазон процессов – от простейших рефлексов на уровне спинного мозга до самых сложных мыслительных операций на уровне высших отделов головного мозга.
Функциональная и структурная единица нервной системы, приспособленная для осуществления приема, обработки, хранения, передачи и интеграции информации, – нейрон. Популяция нервных клеток почти полностью "укомплектована" уже к моменту рождения, и ни один из нейронов, если он отомрет, не замещается новым. Другая особенность нейронов – они ничего не продуцируют, не секретируют и не структурируют, единственная их функция – проведение нервной информации.