Физиологические и функциональные системы организма человека. Физиологические системы органов организма человека

Предметом физиологии, ее содержанием является изучение общих и частных механизмов деятельности целостного организма и всех его органов и систем. Конечная задача физиологии — такое глубокое познание функций организма, которое обеспечило бы возможность активного воздействия на них в желаемом направлении. По утверждению И.П. Павлова, медицина, лишь обогащаясь постоянно, изо дня в день, новыми физиологическими фактами, станет, наконец, когда-нибудь тем, чем она должна быть в идеале, т.е. умением чинить испортившийся механизм человеческого организма на основании точного его знания, быть прикладным знанием физиологии. Не случайно физиология в первую очередь начала развиваться как медицинская наука. По определению К. Бернара, физиология — это научный стержень, на котором держатся все науки; в сущности, в медицине имеется лишь одна наука: наука о жизни, или физиология. На современном этапе физиология ставит следующие задачи: изучение функции:

• здорового организма в целом;
• различных систем, органов, тканей, клеток; изучение механизмов:
• взаимодействия различных органов и систем в целостном организме;
• регуляции функционирования органов и систем;
• взаимодействия организма с окружающей средой.

По утверждению И.П. Павлова, задача физиологии состоит в том, чтобы понять работу человеческого организма, определить значение каждой его части, понять, как эти части связаны, как взаимодействуют и как вследствие их взаимодействия получается валовой результат — общая работа организма.

Самыми первыми , используемыми в физиологии, были наблюдение и умозаключение, которые, однако, не утратили своего значения и на современном этапе. Но физиолог не может удовлетвориться только наблюдением, так как оно отвечает лишь на вопрос, что происходит в организме. Важно выяснить также, как и почему происходят физиологические процессы. Для этого необходимы опыты, эксперименты, т.е. воздействия, которые создаются искусственно самим исследователем.

Эксперименты бывают острыми (вивисекция, или живосечение) или хроническими; их основные достоинства и недостатки представлены в табл. 1.

Исследования, выполняемые на человеке, как правило, проводятся в грех вариантах, позволяющих оценить различные стороны функционирования организма:

• в состоянии физиологического покоя — норма функционирования;
• реакция на оптимальные нагрузки — норма реакции;
• реакции на максимальные нагрузки — оценка резервных возможностей.

При этом физиологической нормой считается биологический оптимум процессов жизнедеятельности.

Таблица 1. Сравнение острого и хронического эксперимента

Основные этапы развития физиологии как науки, связанные с изменением применяемых методов:

• доэкспериментальный период (древние и средние века), когда основными методами были наблюдения и умозаключения, что нередко приводило к ошибочным выводам (сердце — орган души, по артериям перемешается дух, а по венам — кровь);
• 1628 г. У. Гарвей. «Учение о движении сердца и крови в организме» — внедрение острых экспериментов в физиологические исследования;
• 1883 г. И.П. Павлов. «Центробежные нервы сердца» — внедрение методики хронического эксперимента;
• современный этап — интеграция исследований на молекулярно- клеточном и системном (организменном) уровне, что позволяет объединить представления о клеточных процессах и их регуляции на уровне целого организма.

Основные принципы физиологии:

• организм — единая система, объединяющая различные органы в их сложном взаимодействии между собой;
• принцип структурности (целостности) — физиологические процессы могут осуществляться при анатомической и функциональной целостности всех элементов, обеспечивающих эти процессы;
• «организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен. Поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него» (И.М. Сеченов, 1861);
• «все физиологические механизмы, сколь бы различны они ни были, имеют только одну цель — сохранение постоянства условий жизни во внутренней фазе» (К. Бернар, 1878), или гомеостаз (по Кэннону);
• принцип детерминизма — любая деятельность организма и его органов и систем причинно обусловлена;
• адаптация — совокупность механизмов, обеспечивающих приспособление организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды;
• целостность организма и его связь с внешней средой, обеспечивающаяся нейро-гуморальными механизмами;
• гомеостаз и адаптация — основные механизмы обеспечения жизни;
• принцип надежности биологических систем: организм и его системы имеют резерв прочности, который обеспечивается следующими компонентами:
  • избыточность элементов функционирования (например, 25% легочной ткани вполне достаточно для осуществления внешнего дыхания);
  • резервирование функции (из 1 млн нефронов, имеющихся в почке, одновременно функционирует только часть из них, остальные остаются в резерве);
  • периодичность функционирования всех элементов (например, открытие и закрытие, т.е. мерцание, капилляров); дублирование функций (сердечный насос имеет помощников в виде периферических сердец — скелетных мышц, сокращение которых проталкивает кровь по венозным сосудам).

Физиологии человека и животных

Физиология - наука о жизненных функциях организма и его структур, механизмах их осуществления и закономерностях регуляции.

В самом общем виде определение физиологии таково: это наука о природе, сущности жизненных процессов. Название физиология происходит от греческих словphysis — природа и logos - учение.

Физиология изучает проявления жизненных функций, начиная от молекулярного уровня и заканчивая жизнедеятельностью целостного организма, включая его поведенческие реакции, сознание и мышление. Она рассматривает источники получения энергии и роль различных веществ в жизнедеятельности, механизмы взаимосвязей клеток, объединения их в ткани, органы, физиологические системы и целостный организм, а также способы взаимодействия организма со средой обитания, его реакции на воздействия этой среды, механизмы приспособления к неблагоприятным условиям и сохранения здоровья.

Применяемый в широком смысле слова термин «физиология» обозначает огромный объем знаний о сущности жизненных процессов. Поскольку в растительных и животных организмах эти процессы во многом различны, то выделяют физиологию растений и физиологию человека и животных.

Физиологию и животных также подразделяют. Наряду с тем, что у позвоночных животных и человека имеется много сходства в функционировании внутренних органов, между ними есть и огромные отличия, прежде всего в характере и уровне психических функций. Это основное отличие отражено в названииhomo sapiens — человек мыслящий. Объемность предмета исследования привела к тому, что в физиологии стали выделять ее части как особые учебные дисциплины: физиологию клетки, сердца, крови, кровообращения, дыхания, нервной системы (нейрофизиологию), сенсорных систем и т.д. Некоторые разделы физиологии, изучаемые в вузах биологического и медицинского профиля как отдельные учебные дисциплины, приводятся ниже:

• физиология возрастная изучает возрастные особенности жизнедеятельности человека, закономерности формирования, развития и угасания функций организма;
• физиология рассматривает влияние трудовой деятельности человека на жизненные процессы, разрабатывает методы и средства обеспечения труда, способствующие поддержанию трудоспособности человека на высоком уровне;
• физиология авиационная и космическая изучает реакции организма человека на воздействие факторов атмосферного и космического полета с целью разработки средств обеспечения жизнедеятельности и здоровья человека в условиях низкого атмосферного давления и космоса;
• физиология экологическая выявляет особенности влияния климатогеографических условий и конкретной среды обитания на организм и способы повышения качества адаптации к неблагоприятным воздействиям среды;
• физиология эволюционная и сравнительная рассматривает закономерности эволюционного развития физиологических процессов, механизмов, регуляций, а также их сходство и различия у организмов, находящихся на разных уровнях филогенеза.

В учебных заведениях медицинского профиля в едином курсе физиологии рассматриваются лишь некоторые материалы из вышеперечисленных специализированных курсов. Программы медицинских учебных заведений ориентированы на изучение курса физиологии человека (в них часто используется общее название физиология).

Из единой науки физиология человека в ряде стран (бывший СССР, постсоветские республики, некоторые европейские страны) была выделена отдельным предметом патологическая физиология - наука, изучающая общие закономерности возникновения, течения и исхода патологических процессов, болезней. В отличие от этого изучение жизненных процессов здорового организма стали называть нормальной физиологией. В высших медицинских учебных заведениях Беларуси эти предметы изучаются раздельно на кафедрах нормальной и патологической физиологии. В некоторых странах они объединены под названием медицинская физиология.

Физиология имеет тесную связь с другими фундаментальными теоретическими медицинскими науками: анатомией, гистологией, биохимией. Физиология как бы объединяет эти науки, использует их знания и создает общность — фундамент медико-биологических знаний, без которого невозможно овладение врачебным делом.

Например, сегодня важнейшей проблемой медицины является лечение и профилактика заболеваний сердечно-сосудистой системы. Какие знания дает физиология для решения этой проблемы? В разделе физиология сердца изучается основная функция сердца как насоса и регулятора движения крови; выясняются механизмы осуществления этой функции: процессы автоматической генерации возбуждения, проведения его по специализированным структурам, механизм сокращения сердца и изгнания крови в сосудистую систему. Особенно много внимания уделяется изучению механизмов регуляции работы сердца, приспособления его к изменяющимся потребностям кровотока в различных органах. Изучаются биофизические и молекулярные механизмы управления возбудимостью, проводимостью и сократимостью сердечной мышцы. На основе этих данных современная биохимия и фармакология синтезируют лекарственные вещества, обеспечивающие возможность лечения нарушений работы сердца. Предметом физиологии является также разработка и изучение методов исследования функций и состояния сердца. Из приведенных материалов становится очевидным, что без знаний физиологии невозможно не только лечение, но и диагностика заболеваний.

Очень важной задачей физиологии является также обеспечение усвоения знаний о взаимосвязях жизненных процессов, органов и систем, формировании целостной реакции организма на различные воздействия и общих принципах регуляции таких реакций. Все это должно заложить основу "функционального мышления" будущего медика, его способности на основе отдельных симптомов мысленно моделировать возможные взаимосвязи и механизмы, вызывающие появление этих симптомов, находить первопричину и способы устранения патологических процессов.

Важно также научить будущих врачей наблюдательности и исследованию показателей физиологических функций, привить навыки выполнения диагностических и врачебных манипуляций.

Перед предметом физиологии человека стоит также задача по определению резервов физиологических систем, оценке уровня здоровья человека и разработке способов повышения его устойчивости к действию неблагоприятных факторов, имеющих место в трудовой сфере, окружающей природной и бытовой среде.

Понятие и виды физиологии

Физиология (от греч.physis - природа,logos — учение) — наука о жизненных функциях организма и его структурах, механизмах осуществления этих функций и закономерностях их регуляции.

Физиология животных — биологическая наука, изучающая жизнедеятельность организма, составляющих его органов и тканей во взаимосвязи с внешней средой.

Предметом физиологии являются процессы жизнедеятельности организма и отдельных его органов в связи с индивидуальным развитием и приспособлением к условиям окружающей среды. К числу исследуемых проблем относятся: закономерности биологических процессов на разных структурных уровнях, формирование физиологических функций в разные возрастные периоды, механизмы взаимодействия отдельных систем организма с окружающей средой, особенности механизмов регуляции жизненных процессов у различных видов, методы целенаправленного воздействия на определенные физиологические системы.

Под физиологической функцией понимают проявление жизнедеятельности клетки (например, сокращение мышечной клетки), органа (например, образование мочи почкой), системы (например, образование и разрушение клеток крови кроветворной системой).

Физиология изучает проявления жизненных функций на различных уровнях организации живого: молекулярном, клеточном, органном, системном и целостного организма, включая его поведенческие реакции, сознание и мышление. Физиологическая наука дает ответы на вопросы: что является источником получения энергии, какова роль различных веществ в жизнедеятельности, как взаимодействуют клетки и объединяются в ткани, органы, физиологические системы и целостный организм. Физиология изучает способы взаимодействия организма со средой обитания, его реакции па изменения в среде существования, механизмы приспособления к неблагоприятным условиям и сохранения здоровья.

Применяемый в широком смысле слова термин физиология обозначает огромный объем знаний о сущности жизненных процессов. Поскольку в растительных и животных организмах эти процессы во многом различны, то выделяют физиологию растений и физиологию человека и животных.

Физиологию человека и животных также подразделяют. Наряду с тем, что у позвоночных животных и человека имеется много сходства в функционировании внутренних органов, между ними есть и огромные отличия, прежде всего в характере и уровне психических функций.

Огромный объем знаний в различных областях физиологической науки привел к тому, что в физиологии стали выделять ее части как особые учебные дисциплины: физиологию клетки, физиологию сердца, крови, кровообращения, дыхания, нервной системы (нейрофизиологию), физиологию сенсорных систем и т.д. В учреждениях высшего образования биологического профиля как отдельные учебные дисциплины изучают возрастную физиологию; физиологию труда, спорта; авиационную, космическую, эволюционную физиологию и др.

Нормальная фитология — наука, изучающая основные закономерности и механизмы регуляции функционирования организма в целом и отдельных его составляющих во взаимодействии с окружающей средой, организацию жизненных процессов на различных структурно-функциональных уровнях. Основная задача физиологии состоит в проникновении в логику жизни организма.

Общая физиология - раздел дисциплины, который изучает фундаментальные закономерности реагирования организма на воздействие среды, основные его процессы и механизмы.

Частная физиология - раздел, который изучает закономерности и механизмы функционирования отдельных систем, органов и тканей организма.

Физиология клетки — раздел, изучающий основные закономерности функционирования клетки.

Сравнительная и эволюционная физиология — раздел, который исследует особенности функционирования различных видов и одного и того же вида, находящихся на разных этапах индивидуального развития.

Экологическая физиология - раздел, который изучает особенности функционирования организма в различных физико- географических зонах, в разные временные периоды, физиологические основы адаптации к природным факторам.

Физиология трудовой деятельности - раздел, который изучает закономерности функционирования организма при выполнении физической и другой работы.

Спортивная физиология - раздел, который изучает закономерности функционирования организма в процессе занятий различными видами физической культуры на любительском или профессиональном уровне.

Патологическая физиология - наука об общих закономерностях возникновения, развития и течения болезнетворных процессов в организме.

Естественнонаучные основы жизнедеятельности организма.

Человек представляет собой сложную биосоциальную систему. Без знания естественнонаучных основ организма человека - единой, целостной, сложно устроенной, саморегулирующейся, живой биологической системы - невозможно понимание биологических основ физической культуры. Знание строения человеческого тела, закономерностей деятельности отдельных систем, органов и всего организма в целом, процессов жизнедеятельности, протекающих в условиях воздействия на организм естественных факторов природы, позволяет правильно организовать процесс физического воспитания.

Учебно-тренировочный процесс по физическому воспитанию базируется на ряде естественных наук. В первую очередь это анатомия и физиология.

Анатомия - наука, изучающая форму и строение человеческого организма, отдельных органов и тканей, выполняющих какую-либо функцию в процессе развития человека. Анатомия объясняет внешнюю форму, внутреннее строение и взаимное расположение органов и систем организма человека.

Физиология - наука о функциях и механизмах деятельности клеток, тканей, органов, систем и всего организма в целом.

Структурно-функциональной единицей организма является клетка . Как элементарная универсальная единица живой материи она имеет упорядоченное строение, обладает возбудимостью и раздражимостью, участвует в обмене веществ, способна к росту, регенерации (восстановлению), размножению, передаче генетической информации и приспособлению к условиям среды. Клетки разнообразны по форме, различны по размеру, но все имеют общие биологические признаки строения - ядро и цитоплазму, заключенные в клеточную оболочку. Межклеточное вещество - продукт жизнедеятельности клеток, состоящее из основного вещества и расположенных в нем волокон соединительной ткани. Совокупность клеток и межклеточного вещества, имеющих общее происхождение, одинаковое строение и функции, способствует образованию тканей . По морфологическим и физиологическим признакам различают ткани:

- эпителиальную (выполняет покровную, защитную, всасывательную, выделительную и секреторную функции). Эпителиальная ткань - слой клеток, выстилающий поверхность (эпидермис) и полости тела, а также слизистые оболочки внутренних органов, пищевого тракта, дыхательной системы, мочеполовые пути. Образует большинство желез организма. Данной ткани свойственна высокая степень регенерации (восстановления);

- соединительную - ткань живого организма, отвечающая непосредственно за работу какого-либо органа или системы органов, но играющая вспомогательную роль во всех органах. К соединительной ткани относят собственно соединительную ткань, хрящевую и костную и другие. К соединительной ткани относят также кровь и лимфу. Соединительная ткань - единственная ткань, которая присутствует в организме в четырех видах - волокнистом (связки), твердом (кости), гелеобразном (хрящи) и жидком (кровь, лимфа, а также межклеточная, спинномозговая, синовиальная и прочие жидкости);

- мышечную (поперечно-полосатая, гладкая и сердечная; поперечно-полосатая ткань сокращается по желанию человека, гладкая - произвольно: сокращение внутренних органов, кровеносных сосудов и т. д.);

- нервную (состоит из нервных клеток, или нейронов, важнейшая функция которых - генерирование и проведение нервных импульсов). Нервная ткань является основным структурным компонентом нервной системы человека.

Орган - это часть целостного организма, обусловленная в виде комплекса тканей, сложившегося в процессе эволюционного развития и выполняющего определенные специфические функции. В создании каждого органа участвуют все четыре вида тканей, но лишь одна из них является рабочей. Для мышцы основная рабочая ткань - мышечная, для печени - эпителиальная, для нервных образований - нервная.

Совокупность органов, выполняющих общую для них функцию, называют системой органов (это пищеварительная, дыхательная, сердечно-сосудистая, половая, мочевая и др. системы) и аппаратом органов (опорно-двигательный, вестибулярный и др. аппараты). Функционально все органы и системы организма человека находятся в тесной взаимосвязи. Активизация деятельности одного органа обязательно влечет за собой активизацию деятельности других органов.

Строение и функции опорно-двигательного аппарата .

Опорно-двигательный аппарат - функциональная совокупность костей скелета, сухожилий, суставов, мышц с их сосудистой сетью и нервными образованиями, осуществляющих посредством нервной регуляции передвижение, позную активность, другие двигательные акты. Непосредственными исполнителями всех движений являются мышцы . Однако только они сами по себе не могут осуществлять функцию движения. Механическая работа мышц осуществляется через костные рычаги.

Скелет. Скелет - комплекс костей, различных по форме и величине. У человека более 200 костей (85 парных и 36 непарных), которые в зависимости от формы и функций делятся на трубчатые (кости конечностей), губчатые (выполняют в основном защитную и опорную функции - ребра, грудина, позвонки и др.), плоские (кости черепа, таза, поясов конечностей), смешанные (основание черепа).

В каждой кости содержатся все виды тканей, но преобладает костная, представляющая разновидность соединительной ткани. В состав кости входят органические и неорганические вещества. Неорганические (65-70 % сухой массы кости) - это в основном фосфор и кальций. Органические (30-35 %) - это клетки кости, коллагеновые волокна.

Эластичность, упругость костей зависит от наличия в них органических веществ, а твердость обеспечивается минеральными солями. Скелет человека состоит из черепа, позвоночника, грудной клетки, поясов конечностей и скелета свободных конечностей. Скелет выполняет жизненно важные функции: защитную, рессорную и двигательную.

Череп имеет сложное строение. Он состоит из 20 парных и непарных костей, соединенных друг с другом неподвижно, кроме нижней челюсти. Череп защищает от внешних воздействий головной мозг и центры органов чувств. Череп соединяется с позвоночником при помощи двух мыщелков затылочной кости и верхнего шейного позвонка, имеющего соответствующие суставные поверхности. При занятиях физическими упражнениями большое значение имеет наличие опорных мест черепа - контрфорсов, которые смягчают толчки и сотрясения при беге, прыжках.

Позвоночник состоит из 33-34 по­звонков, имеет пять отделов:

Шейный (7 позвонков);

Грудной (12);

Поясничный (5);

Крестцовый (5 сросшихся позвонков);

Копчиковый (сросшиеся 4-5 позвонков) (рис. 1).

Рис. 1. Строение позвоночника.

Соединения позвонков осуществляет­ся с помощью хрящевидных, эластичных межпозвоночных дисков и суставных отростков. Межпозво­ночные диски увеличивают подвижность позвоночника. Чем больше их толщина, тем выше гибкость. Если изгибы позвоночного столба выражены сильно (при сколиозах), подвижность грудной клетки уменьшается. Плоская или округлая спина (горбатая) свидетельствует о слабости мышц спины. Коррекция осанки проводится общеразвивающими, силовыми упражнениями и упражнениями на растяги­вание. Позвоночный столб позволяет совершать сгибания вперед и назад, в стороны, вращательные движения вокруг вертикальной оси.

Грудная клетка состоит из грудной кости (грудины), 12 грудных позвонков и 12 пар ребер (рис. 2).

Рис. 2. Скелет человека.

Ребра представляют собой плоские дугооб­разно-изогнутые длинные кости, которые при помощи гибких хрящевидных концов прикрепляются подвижно к грудине. Все соединения ребер очень эластичны, что имеет важное значение для обеспече­ния дыхания.

Грудная клетка защищает сердце, легкие, печень и часть пищеварительного тракта. Объем грудной клетки может изменяться в процессе дыхания при сокращении межреберных мышц и диафрагмы.

Скелет верхних конечностей образован плечевым поясом, состоящим из двух лопаток и двух ключиц, и свободной верхней конечностью, включающей плечо, предплечье и кисть. Плечо - это одна плечевая трубчатая кость; предплечье образовано лучевой и локтевой костями; скелет кисти делится на запястье (8 костей расположенных в два ряда), пястье (5 коротких трубчатых костей) и фаланги пальцев (5 фаланг).

Скелет нижней конечности включает тазовый пояс, состоящий из двух тазовых костей и крестца, и скелет свободной нижней конечности, который состоит из трех основных отделов - бедра (одна бедренная кость), голени (большая и малая берцовые кости) и стопы (предплюсна - 7 костей, плюсна - 5 костей и 14 фаланг).

Все кости скелета соединены посредством суставов, связок и сухожилий. Суставы обеспечивают подвижность сочленяющимся костям скелета. Суставные поверхности покрыты тонким слоем хряща, что обеспечивает скольжение суставных поверхностей с малым трением. Каждый сустав полностью заключен в суставную сумку. Стенки этой сумки выделяют суставную жидкость, которая играет роль смазки. Связочно-капсульный аппарат и окружающие сустав мышцы укрепляют и фиксируют его. Основными направлениями движения, которые обеспечивают суставы, являются: сгибание-разгибание, отведение-приведение, вращение и круговые движения.

Основные функции опорно-двигательного аппарата - опора и перемещение тела и его частей в пространстве.

Главная функция суставов - участвовать в осуществлении движений. Они играют также роль демпферов, гасящих инерцию движения и позволяющих мгновенно останавливаться в процессе движения.

Правильно организованные занятия по физическому воспитанию не наносят ущерба развитию скелета, он стано­вится более прочным в результате утолщения коркового слоя костей. Это имеет важное значение при выполнении физических упражнений, требующих высокой механической прочности (бег, прыжки и т. д.). Неправильное построение тренировочных занятий может привести к перегрузке опорного аппара­та. Однобокость в выборе упражнений также может вызвать деформацию скелета.

У людей с ограниченной двигательной активностью, труд которых характеризуется удержанием опре­деленной позы в течение длительного времени, возникают значительные изменения костной и хряще­вой ткани, что особенно неблагоприятно отражается на состоянии позвоночного столба и межпозво­ночных дисков. Занятия физическими упражнениями укрепляют позвоночник и за счет развития мы­шечного корсета ликвидируют различные искривления, что способствует выработке правильной осанки и расширению грудной клетки.

Любая двигательная, в том числе и спортивная, деятельность совершается при помощи мышц, за счет их сокращения. Поэтому строение и функциональные возможности мускулатуры необходимо знать лю­бому человеку, но в особенности тем, кто занимается физическими упражнениями и спортом.

Скелетные мышцы человека.

У человека около 600 мышц. Основные мышцы представлены на рис. 3.

Рис.3. Мышцы человека.

Мышцы грудной клетки участвуют в движениях верхних конечностей, а также обеспечивают произвольные и непроизвольные дыхательные движения. Дыхательные мышцы грудной клетки называются наружными и внутренними межреберными мышцами. К дыхательным мышцам относится также и диафрагма.

Мышцы спины состоят из поверхностных и глубоких мышц. Поверхностные обеспечивают некоторые движения верхних конечностей, головы и шеи. Глубокие («выпрямители туловища») прикрепляются к остистым отросткам позвонков и тянутся вдоль позвоночника. Мышцы спины участвуют в поддержании вертикального положения тела, при сильном напряжении (сокращении) вызывают прогибание туловища назад.

Брюшные мышцы поддерживают давление внутри брюшной полости (брюшной пресс), участвуют в некоторых движениях тела (сгибание туловища вперед, наклоны и повороты в стороны), в процессе дыхания.

Мышцы головы и шеи - мимические, жевательные и приводящие в движение голову и шею. Мимические мышцы прикрепляются одним концом к кости, другим - к коже лица, некоторые могут начинаться и оканчиваться в коже. Мимические мышцы обеспечивают движение кожи лица, отражают различные психические состояния человека, сопутствуют речи и имеют значение в общении. Жевательные мышцы при сокращении вызывают движение нижней челюсти вперед и в стороны. Мышцы шеи участвуют в движениях головы. Задняя группа мышц, в том числе и мышцы затылка, при тоническом (от слова «тонус») сокращении задерживает голову в вертикальном положении.

Мышцы верхних конечностей обеспечивают движения плечевого пояса, предплечья и приводят в движение кисть и пальцы. Главными мышцами-антагонистами являются двуглавая (сгибатель) и трехглавая (разгибатель) мышцы плеча. Движения верхней конечности, и прежде всего кисти, чрезвычайно разнообразны. Это связано с тем, что рука служит человеку органом труда.

Мышцы нижних конечностей способствуют движениям бедра, голени и стопы. Мышцы бедра играют важную роль в поддержании вертикального положения тела, но у человека они развиты сильнее, чем у других позвоночных. Мышцы, осуществляющие движения голени, расположены на бедре (например, четырехглавая мышца, функцией которой является разгибание голени в коленном суставе; антагонист этой мышцы - двуглавая мышца бедра). Стопа и пальцы приводятся в движение мышцами, расположенными на голени и стопе. Сгибание пальцев стопы осуществляется при сокращении мышц, расположенных на подошве, а разгибание - при сокращении мышц передней поверхности голени и стопы. Многие мышцы бедра, голени и стопы принимают участие в поддержании тела человека в вертикальном положении.

Существует два вида мускулатуры: гладкая (непроизвольная) и поперечнополосатая (произвольная). Гладкие мышцы находятся в стенках кровеносных сосудов и некоторых внутренних органах. Они сужают или расширяют сосуды, продвигают пищу по желудочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря. Поперечно-полосатые мышцы - это все скелетные мышцы, которые обеспечивают многообразные движения тела. К поперечно-полосатым мышцам относится также и сердечная мышца, автоматически обеспечивающая ритмическую работу сердца на протяжении всей жизни.

Основа мышц - белки, составляющие 80-85 % мышечной ткани (исключая воду). Главное свойство мышечной ткани - сократимость , она обеспечивается благодаря сократительным мышечным белкам - актину и миозину. Мышечная ткань устроена очень сложно. Мышца имеет волокнистую структуру, каждое волокно - это мышца в миниатюре, совокупность этих волокон и образуют мышцу в целом. Мышечное волокно , в свою очередь, состоит из миофибрилл . Каждая миофибрилла разделена на чередующиеся светлые и темные участки. Темные участки состоят из длинных цепочек молекул миозина , светлые образованы более тонкими белковыми нитями актина .

Деятельность мышц регулируется центральной нервной системой. В каждую мышцу входит нерв, распадающийся на тонкие и тончайшие ветви. Нервные окончания до­ходят до отдельных мышечных волокон. Двигательные нервные волокна передают импульсы от головного и спинного мозга (возбуждение), которые приводят мышцы в рабочее состояние, заставляя их сокращаться. Чувствительные волокна передают импульсы в обратном направлении, информируя центральную нервную систему о деятельности мышц.

Скелетные мышцы входят в структуру опорно-двигательного аппарата, крепятся к костям скелета и при сокращении приводят в движение отдельные звенья скелета, рычаги. Они участвуют в удержании положения тела и его частей в пространстве, обеспечивают движение при ходьбе, беге, жевании, глотании, дыхании и т. д., вырабатывая при этом тепло.

Скелетные мышцы обладают способностью возбуждаться под влиянием нервных импульсов. Возбуждение проводится до сократительных структур (миофибрилл), которые, реагируя, выполняют определенный двигательный акт - движение или напряжение.

Вся скелетная мускулатура состоит из поперечно-полосатых мышц. У человека их насчитывается около 600 и большинство из них парные. На долю мышц приходится значительная часть сухой массы тела человека. У женщин на мышцы при­ходится до 35 % общей массы тела, а у мужчин до 50 % соответственно. Специальной силовой трени­ровкой можно значительно увеличить мышечную массу. Физическое бездействие приводит к уменьше­нию мышечной массы, а зачастую - к увеличению жировой массы.

Скелетные мышцы снаружи покрыты плотной соединительнотканной оболочкой. В каждой мышце различают активную часть (тело мышцы ) и пассивную (сухожилие ). Сухожилия обладают упругими свойствами и являются последовательным упру­гим элементом мышцы. Сухожилия обладают большой прочностью на растяжение по сравнению с мы­шечной тканью. Наиболее слабыми и поэтому часто травмируемыми участками мышцы являются пере­ходы мышцы в сухожилие. Поэтому перед каждым тренировочным занятием необходима хорошая предварительная разминка.

Мышцы делятся на длинные, короткие и широкие.

Мышцы, действие которых направлено противоположно, называются антагонистами , а одновременно - синергистами .

По функциональному назначению и направлению движений в суставах различают мышцы сгибатели и разгибатели , приводящие и отводящие , сфинктеры (сжимающие) и расширители .

Все мышцы пронизаны сложной системой кровеносных сосудов. Протекающая по ним кровь снабжает их питательными веществами и кислородом.

Функции двигательного аппарата:

Опорная - фиксация мышц и внутренних органов;

Защитная - защита жизненно важных органов (головной и спиной мозг, сердце и др.);

Двигательная - обеспечение двигательных актов;

Рессорная - смягчение толчков и сотрясений;

Кроветворная - гемопоэз;

Участие в минеральном обмене.

Физиологические системы организма.

Нервная система. Нервная система человека объединяет все системы организма в единое целое и состоит из нескольких миллиардов нервных клеток и их отростков. Длинные отростки нервных клеток, объединяясь, образуют нервные волокна, которые подходят ко всем тканям и органам человека.

Нервная система состоит из центрального (головной и спинной мозг) и периферического (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на периферии нервных узлов) отделов.

Центральная нервная система координирует деятельность различных органов и систем организма и регулирует эту деятельность в условиях изменяющейся внешней среды по механизму рефлекса. Процессы, протекающие в центральной нервной системе, лежат в основе всей психической деятельности человека.

Головной мозг представляет собой скопление огромного количества нервных клеток. Он состоит из переднего, промежуточного, среднего и заднего отделов. Строение головного мозга несравнимо сложнее строения любого органа человеческого тела. Мозг активен не только во время бодрствования, но и во время сна. Мозговая ткань потребляет в 5 раз больше кислорода, чем сердце, и в 20 раз больше, чем мышцы. Составляя всего около 2 % массы тела человека, мозг поглощает 18- 25 % потребляемого всем организмом кислорода. Мозг значительно превосходит другие органы и по потреблению глюкозы. Он использует 60-70 % глюкозы, образуемой печенью, и это несмотря на то, что мозг содержит меньше крови, чем другие органы. Ухудшение кровоснабжения головного мозга может быть связано с гиподинамией. В этом случае возникает головная боль различной локализации, интенсивности и продолжительности, головокружение, слабость, понижается умственная работоспособность, ухудшается память, появляется раздражительность.

Спинной мозг лежит в спинномозговом канале, образованном дужками позвонков. В различных отделах спинного мозга находятся мотонейроны (двигательные нервные клетки), иннервирующие мышцы верхних конечностей, спины, груди, живота, нижних конечностей. В крестцовом отделе располагаются центры дефекации, мочеиспускания и половой деятельности. Тонус центров спинного мозга регулируется высшими отделами центральной нервной системы. Всевозможные травмы и заболевания спинного мозга могут приводить к расстройству болевой, температурной чувствительности, нарушению структуры сложных произвольных движений, мышечного тонуса.

Периферическая нервная система образуется нервами, отходящими от головного и спинного мозга. От головного мозга отходят 12 пар черепных нервов, а от спинного - 31 пара спинномозговых нервов.

По функциональному принципу нервную систему делят на соматическую и вегетативную. Соматические нервы иннервируют поперечно-полосатую мускулатуру скелета и некоторые органы (язык, глотка, гортань и др.). Вегетативные нервы регулируют работу внутренних органов (сокращение сердца, перистальтика кишечника и др.).

Основными нервными процессами являются возбуждение и торможение, возникающие в нервных клетках. Возбуждение - состояние нервных клеток, когда они передают или направляют сами нервные импульсы другим клеткам. Торможение - состояние нервных клеток, когда их активность направлена на восстановление.

Нервная система действует по принципу рефлекса. Рефлекс - это ответная реакция организма на раздражение, как внутреннее, так и внешнее, осуществляемая при участии центральной нервной системы (ЦНС).

Различают два вида рефлексов: безусловный (врожденный) и условный (приобретенный в процессе жизнедеятельности).

Все движения человека представляют собой приобретенные в процессе индивидуальной жизни новые формы двигательных актов. Двигательный навык - двигательное действие, выполняемое автоматически без участия внимания и мышления.

В процессе физической тренировки нервная система человека совершенствуется, осуществляя более тонкое взаимодействие процессов возбуждения и торможения различных нервных центров. Тренировка позволяет более дифференцированно органам чувств осуществлять двигательное действие, формирует способность к более быстрому усвоению новых двигательных навыков. Основная функция нервной системы заключается в регуляции взаимодействия организма как единого целого с окружающей его внешней средой и в регуляции деятельности отдельных органов и связи между органами.

Рецепторы и анализаторы. Способность организма быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды реализуется благодаря специальным образованиям - рецепторам , которые, обладая строгой специфичностью, трансформируют внешние раздражители (звук, температуру, свет, давление) в нервные импульсы, поступающие по нервным волокнам в центральную нервную систему.

Рецепторы человека делятся на две основные группы: экстеро - (внешние) и интеро - (внутренние) рецепторы. Каждый такой рецептор является составной частью анализирующей системы, которая называется анализатором. Анализатор состоит из трех отделов - рецептора, проводниковой части и центрального образования в головном мозге. Высшим отделом анализатора является корковый отдел головного мозга. Перечислим названия анализаторов, о роли которых в жизнедеятельности человека многим известно:

Кожный (тактильная, болевая, тепловая, холодовая чувствительность);

Двигательный (рецепторы в мышцах, суставах, сухожилиях и связках, возбуждаются под влиянием давления и растяжения);

Вестибулярный (расположен во внутреннем ухе и воспринимает положение тела в пространстве);

Зрительный (свет и цвет);

Слуховой (звук);

Обонятельный (запах);

Вкусовой (вкус);

Висцеральный (состояние ряда внутренних органов).

Состав и функции крови. Кровь - жидкая трофическая соединительная ткань организма, циркулирующая в сосудах и выполняющая следующие функции:

Транспортную - доставляет клеткам питательные вещества; обеспечивает гуморальную регуляцию.

Дыхательную - доставляет тканям кислород;

Экскреторную - удаляет из них продукты обмена и углекислый газ;

Защитную - обеспечение иммунитета и тромбообразования при кровотечениях;

Терморегулирующую - регулирует температуру тела.

Состав крови относительно стабилен и имеет слабую щелочную реакцию. Кровь состоит из плазмы (55 %) и форменных элементов (45 %).

Плазма - жидкая часть крови (90-92 % воды), содержащая органические вещества и соли(8 %), а также витамины, гормоны, растворенные газы.

Форменные элементы : эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Образование форменных элементов крови осуществляется в различных кроветворных органах - костном мозге, селезенке, лимфатических узлах.

Эритроциты - красные кровяные клетки (4-5 млн в куб. мм), являются носителем красного пигмента - гемоглобина. Основной физиологической функцией эритроцитов является связы­вание и перенос кислорода от легких к органам и тканям. Этот процесс осуществляется благодаря особенностям строения эритроцитов и хи­мического состава гемоглобина. Гемоглобин уникален тем, что обладает способностью к образованию веществ в комплексе с кислородом. В организме 750-800 г гемоглобина, его концентрация в крови у мужчин 14-15 %, у женщин 13-14 %. Гемоглобин определяет максимальную емкость крови (максимальное количество кислорода, которое может содержаться в 100 мл крови). Каждые 100 мл крови могут связать до 20 мл кислорода. Соединение гемоглобина с кислородом называется оксигемоглобином. Образуются эритроциты в клетках красного костного мозга.

Лейкоциты - белые кровяные клетки (6-8 тыс. в 1 куб. мм крови). Основная их функция - защита организма от возбудителей болезней. Они защищают организм от чужеродных бактерий, либо непосредственно уничтожая их посредством фагоцитоза (поглощения), либо образуя антитела для их уничтожения. Продолжительность жизни их 2-4 дня. Число лейкоцитов все время пополняется за счет вновь образующихся из клеток костного мозга, селезенки и лимфатических узлов.

Тромбоциты - кровяные пластинки (200-400 тыс./мм 3), способствуют свертываемости крови и при распаде выделяют сосудосуживающее вещество - сератонин.

Система кровообращения. Деятельность всех систем организма человека осуществляется при взаимосвязи гуморальной (жидкостной) и нервной регуляции. Гуморальная регуляция осуществляется внутренней системой транспортировки через кровь и систему кровообращения, к которой относится сердце, кровеносные сосуды, лимфатические сосуды и органы, вырабатывающие особые клетки - форменные элементы.

Нервная система усиливает или тормозит деятельность всех органов не только волнами возбуждения или нервными импульсами, но и посредством поступления в кровь, лимфу, спинномозговую и тканевую жидкости медиаторов, гормонов и продуктов обмена веществ. Эти химические вещества действуют на органы и на нервную систему. Таким образом, в естественных условиях не существует исключительно нервная регуляция деятельности органов, а нервно-гуморальная.

Движение крови и лимфы по сосудам происходит непрерывно, благодаря чему органы, ткани, клетки постоянно получают необходимые им в процессе ассимиляции пищевые вещества и кислород, и непрерывно удаляются продукты распада в процессе обмена веществ.

Кровообращение - это процесс направленного движения крови. Он происходит благодаря деятельности сердца и сосудов. Основные функции кровообращения - транспортная, обменная, выделительная, гомеостатическая, защитная. Система кровообращения обеспечивает транспорт дыхательных газов, питательных и биологически активных веществ, гормонов, перенос тепла внутри организма.

Кровь в организме человека движется по замкнутой системе, в которой выделяются две части - большой и малый круги кровообращения. Правая сторона сердца продвигает кровь по малому кругу кровообращения, левая сторона сердца - по большому кругу кровообращения (рис. 4).

Рис. 4. Большой и малый круги кровообращения.

Малый круг кровообращения начинается от правого желудочка сердца. Затем кровь поступает в легочный ствол, который разделяется на две легочные артерии, делящиеся в свою очередь на более мелкие артерии, переходящие в капилляры альвеол, где происходит газообмен (в легких кровь отдает углекислый газ и обогащается кислородом). Из каждого легкого выходит по две вены, впадающие в левое предсердие.

Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца. Обогащенная кислородом и питательными веществами кровь поступает ко всем органам и тканям, где происходит газообмен и обмен веществ. Забрав из тканей углекислый газ и продукты распада, кровь собирается в вены и двигается к правому предсердию.

Безостановочное движение крови по сосудам обусловлено ритми­ческими сокращениями сердца, которые чередуются с его расслабле­нием. Благодаря насосной функции сердца, создающей разность давления в артериальном и венозном отделах сосудистой системы в результате периодического чередования сокращений и расслаблений желудочков и предсердий, кровь движется по сосудам непрерывно, в определенном направлении. Сокращение сердечной мышцы называется систолой , а ее расслабление - диастолой . Период, включающий систолу и диастолу, составляет сердечный цикл .

Деятельность сердца характеризуется систолами предсердий (0,1 с) и желудочков (0,35 с) и диастолой (0,45 с).

У человека существуют три типа кровеносных сосудов: артерии, вены, капилляры. Артерии и вены отличаются друг от друга направлением движения крови в них. Артерии несут кровь от сердца к тканям, а вены возвращают ее от тканей к сердцу. Капилляры - тончайшие сосуды, они тоньше человеческого волоса в 15 раз.

Сердце - центральный орган системы кровообращения. Сердце представляет собой полый мышечный орган, разделенный продольной перегородкой на правую и левую половины. Каждая из них состоит из предсердия и желудочков, отделенных фиброзными перегородками (рис. 5).

Рис. 5. Сердце человека.

Клапанный аппарат сердца - образование, обеспечивающее прохождение крови по сосудистой системе в одном направлении. В сердце различают створчатые клапаны между предсердиями и желудочками и полулунные - на выходе крови из желудочков в аорту и легочную артерию.

Автоматия сердца - способность сердца ритмически возбуждаться без участия регуляции центральной нервной системы. Движение крови по сосудам обеспечивается, кроме насосной функции сердца, присасывающим действием грудной клетки и динамическим сдавливанием сосудов мышц при физической работе.

Артериальная кровь движется по сосудам от сердца под воздействием давления создаваемого сердечной мышцей в момент ее сокращения. На возвратное движение крови по венам оказывает влияние несколько факторов:

Во-первых, венозная кровь продвигается к сердцу под действием сокращений скелетных мышц, которые как бы выталкивают кровь из вен в сторону сердца, при этом обратное движение крови исключается, так как клапаны, находящиеся в венах пропускают кровь только в направлении к сердцу. Механизм принудительного продвижения венозной крови к сердцу с преодолением сил гравитации под воздействием ритмических сокращений и расслаблении скелетных мышц, называется мышечным насосом. Таким образом, скелетные мышцы при циклических движениях существенно помогают сердцу обеспечивать циркуляцию крови в сосудистой системе;

Во-вторых, при вдохе происходит расширение грудной клетки и в ней создается пониженное давление, которое обеспечивает подсасывание венозной крови к грудному отделу;

В-третьих, в момент систолы (сокращения) сердечной мышцы при расслаблении предсердий в них возникает подсасывающий эффект, способствующий движению венозной крови к сердцу.

Сердце работает автоматически под контролем центральной нервной системы, волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту при сокращении левого желудочка, называется частотой сердечных сокращений (ЧСС).

Ритм работы сердца зависит от возраста, пола, массы тела, трени­рованности. У молодых здоровых людей частота сердечных сокраще­ний (ЧСС) составляет 60-80 ударов в минуту. У взрослого мужчины в покое составляет 65-75 ударов/мин, у женщин на 8-10 ударов больше, чем у мужчин. У тренированных спортсменов ЧСС в покое может достигать 40-50 ударов/мин.

ЧСС менее 60 ударов/мин называется брадикардией , а более 90 - тахикар­дией .

Количество крови, выталкиваемой желудочком сердца в аорту при одном сокращении, называется систолическим (ударным) объемом крови , в состоянии покоя он составляет 60-80 мл. При физической нагрузке у нетренированных он возрастает до 100-130 мл, а у тренированных до 180-200 мл.

Количество крови, выбрасываемое одним желудочком сердца в течение одной минуты, называется минутным объемом крови (МОК). В состоянии покоя этот показатель равен в среднем 4-6 л. При физической нагрузке он повышается у нетренированных до 18-20 л, а у тренированных до 30-40 л.

Давление движущейся по сердечно-сосудистой системе крови обусловлено, главным образом, работой сердца, сопротивлением стенок сосудов и гидростатическими силами. В аорте и центральных артериях большого круга кровообращения давление крови (артериальное давление) в покое при систоле (момент сердечного сокращения) составляет 115-125 мм рт. ст., при диастоле (давление в момент расслабления сердечной мышцы) составляет 60-80 мм рт. ст.

По данным Всемирной организации здравоохранения, оптимальными показателями артериального давления являются цифры 120/80.

Нормальным пониженным для взрослого человека является 100-110/60-70 .Ниже этих величин давление является гипотоническим .

К нормальным высоким показателям относятся цифры 130-139/85-89. Выше этих величин давление является гипертоническим .

У людей пожилого возра­ста кровяное давление выше, чем у молодых; у детей оно ниже, чем у взрослых.

Величина артериального давления зависит от сократительной силы миокарда, величины МОК, длины, емкости и тонуса сосудов, вязкости крови.

Под воздействием физической тренировки размеры, масса сердца увеличиваются в связи с утолщением стенок сердечной мышцы и увеличением его объема. Мышца тренированного сердца более густо пронизана кровеносными сосудами, что обеспечивает лучшее питание мышечной ткани и ее работоспособность.

Дыхание. Дыханием называется комплекс физиологических, биохимических и биофизических процессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм, транспорт его к тканям и органам, а также образование, выделение и выведение из организма углекислого газа и воды. Выделяют следующие звенья системы дыхания: внешнее дыхание, транспорт газов кровью и тканевое дыхание.

Внешнее дыхание осуществляется с помощью дыхательного аппарата, состоящего из воздухоносных путей (полость носа, носоглотка, гортань, дыхательное горло, трахеи и бронхи). Стенки носового хода выстланы мерцательным эпителием, который задерживает поступающую с воздухом пыль. Внутри носового хода происходит согревание воздуха. При дыхании через рот воздух поступает сразу в глотку и из нее в гортань, не очищаясь и не согреваясь (рис. 6).

Рис. 6. Строение дыхательного аппарата человека.

При вдохе воздух попадает в легкие, каждое из которых находится в плевральной полости и работает изолированно друг от друга. Каждое легкое имеет форму конуса. Со стороны, обращенной к сердцу, в каждое легкое входит бронх, делясь на более мелкие бронхи, образуется так называемое бронхиальное дерево. Мелкие бронхи заканчиваются альвеолами, которые оплетены густой сетью капилляров, по которым течет кровь. При прохождении крови по легочным капиллярам и происходит газообмен: углекислый газ, выделяясь из крови, поступает в альвеолы, а те отдают в кровь кислород.

Показателями работоспособности органов дыхания являются дыхательный объем, частота дыхания, жизненная емкость легких, легочная вентиляция, потребление кислорода и др.

Дыхательный объем - объем воздуха, проходящий через легкие за один дыхательный цикл (вдох, выдох), этот показатель значительно увеличивается у тренированных и составляет от 800 мл и более. У нетренированных дыхательный объем в состоянии покоя находится на уровне 350-500 мл.

Если после нормального вдоха сделать максимальный выдох, то из легких выйдет еще 1,0-1,5 л воздуха. Этот объем принято называть резервным. Количество воздуха, которое можно вдохнуть сверх дыхательного объема называют дополнительным объемом.

Сумма трех объемов: дыхательного, дополнительного и резервного составляет жизненную емкость легких. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - максимальный объем воздуха, который может выдохнуть человек после максимального вдоха (измеряется методом спирометрии). Жизненная емкость легких в значительной степени зависит от возраста, пола, роста, окружности грудной клетки, физического развития. У мужчин ЖЕЛ колеблется в пределах 3200-4200 мл, у женщин 2500-3500 мл. У спортсменов, особенно занимающихся циклическими видами спорта (плаванием, лыжными гонками и т. п.), ЖЕЛ может достигать у мужчин 7000 мл и более, у женщин 5000 мл и более.

Частота дыхания - количество дыхательных циклов в минуту. Один цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. Средняя частота дыхания в покое 15-18 циклов в минуту. У тренированных людей, за счет увеличения дыхательного объема, частота дыхания снижается до 8-12 циклов в минуту. При физической нагрузке частота дыхания увеличивается, например, у пловцов до 45 циклов в минуту.

Легочная вентиляция - объем воздуха, который проходит через легкие за минуту. Величина легочной вентиляции определяется умножением величины дыхательного объема на частоту дыхания. Легочная вентиляция в покое находится на уровне 5000-9000 мл. При физической нагрузке этот показатель увеличивается.

Потребление кислорода - количество кислорода, использованного организмом в покое или при нагрузке за 1 минуту. В состоянии покоя человек потребляет 250-300 мл кислорода в 1 минуту. При физической нагрузке эта величина увеличивается. Наибольшее количество кислорода, которое организм может потребить в минуту при предельной мышечной работе, называется максимальным потреблением кислорода (МПК).

Наиболее эффективно дыхательную систему развивают циклические виды спорта (бег, гребля, плавание, лыжный спорт и т. п.) (табл. 1)

Табл. 1. Некоторые морфофункциональные показатели сердечно-сосудистой

Органы и то, какие существуют физиологические функции.

Организм — это самостоятельно существующая единица органического мира; он является открытой системой, способной к саморегуляции, само-восстановлению и самовоспроизводству, и отвечает на различные изменения внешней среды как единое целое.

Попробуем проанализировать компоненты этого определения.

Организм самостоятельно живет, а основой жизнедеятельности является обмен веществ и энергии. Различают внешний обмен (поглощение и выведение веществ) и внутренний обмен (химическое превращение веществ в клетках). Организм может функционировать только в неразрывной связи с внешней средой, к которому он приспособлен. Со средой организм обменивается веществом, энергией и информацией. С точки зрения термодинамики такие системы называют открытыми.

Обмен веществ (метаболизм) — это закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение, самообновление и самовоспроизведение. Метаболизм включает два процесса, взаимосвязаны и происходят одновременно — ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм).

В ходе катаболических реакций большие органические молекулы расщепляются до простых с высвобождением энергии, которая скапливается в макроэргических фосфатных связях. При анаболических преобразованиях происходит биосинтез сложных, присущих определенному организма, молекул из более простых предшественников. Итак, расщепляя в процессе обмена органические вещества внешней среды, животные организмы синтезируют новые вещества, в которых аккумулируется свободная (энергия, которая способна превращаться в работу). Процесс накопления свободной энергии позволяет оберегать организм от разрушительного воздействия среды и сохранять его живой состояние.

Для сохранения живой системы необходимо, чтобы в процессе метаболизма синтезировались не любые макромолекулы, а только те, которые свойственны конкретному организму. Происходит это за счет репликации, то есть самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот. После этого осуществляется точное копирование и передачи генетической , а значит — самовоспроизведение живой системы.

С обменом веществ связано и процесс самовосстановления клеточных структур и межклеточного вещества — непрерывная замена старых молекул новыми. Установлено, что у взрослых животных половина всех тканевых белков обновляется за три месяца, белков печени — за две недели, белков крови — за одну неделю. В процессе старения организма скорость самовосстановления тканей замедляется.

Животные организмы являются одноклеточные и многоклеточные. В одноклеточных организмов ( , и другие) действует клеточный уровень организации, при котором наблюдается разделение функций между отдельными органоидами. Например, двигательная функция связана с ресничками или жгутиком, пищеварительная — со специализированными вакуолями и т.д. Однако все физиологические функции происходят в одной клетке.

У многоклеточных организмов возникают различия между клетками по форме. размерами, строением и функциями. С одинаково дифференцированных клеток возникают ткани, которые специализированы для выполнения отдельных функций: например, мышечная — для осуществления двигательных функций. Специализированные клетки тканей осуществляют и общие для всех клеток функции: обмен веществ, питание, дыхание. выделения. Между клетками, которые образуют ткань, происходит взаимодействие.

На определенном этапе филогенеза и онтогенеза формируются органы, состоящие из различных тканей. Органы — это анатомические образования, которые выполняют определенную функцию в организме и состоят из нескольких тканей. Совокупность органов, участвующих в осуществлении сложных видов деятельности, называют физиологической системой органов (пищеварительная система, дыхательная система, система кровообращения, выделительная система, эндокринная система и т.д.).

Итак, у высших животных и человека можно выделить молекулярный, клеточный, тканевый, органный и системный уровни организации. Для познания функций высших организмов необходимо изучение всех этих уровней, поскольку функционирует как система, в которой деятельность всех ее структур согласована в пространстве и времени.

Высшие многоклеточные организмы имеют сложное строение и выполняют сложные функции, поэтому целесообразно рассматривать особенности их структурной и функциональной организации.

Основой структурной организации являются клетки, из которых состоят ткани, ткани формируют органы, а органы образуют организм. Для выполнения физиологических функций необходимо объединение определенного количества структурных образований. Поэтому функциональная организация имеет такую ​​последовательность: функциональная единица — физиологическая система органов — функциональная система.

Функциональная единица — это группа клеток, объединенных для выполнения определенных функций. Функциональные единицы органа работают не одновременно, а поочередно. Объединение органов для выполнения определенной функции — физиологическая система органов. Вместе они могут организовываться в функциональную систему — совокупность различных структур и процессов, объединенных для достижения результатов действия в соответствии с поставленной целью (П. К. Анохин, 1935 г.). Например, необходимое количество кислорода мышцы во время выполнения физической работы получают благодаря мобилизации (при участии нервной и гуморальной систем) физиологических систем крови, кровообращения и дыхания, которые формируются в газотранспортную функциональную систему.

Как одноклеточный, так и многоклеточный организмы реагируют на различные изменения внешней среды как единое целое. Особенно сложные и разнообразные реакции у целостного организма высших животных. Такие реакции не могут быть сведены к сумме реакций отдельных клеток, тканей и органов.

Физиологические функции — это проявления жизнедеятельности, они имеют приспособленческий характер. Осуществляя различные функции, организм приспосабливается к внешней среде.

Основным проявлением жизнедеятельности является обмен веществ и энергии, с которым связаны все остальные физиологические функции (рост, развитие, размножение, питание, пищеварение, дыхание, кровообращение, выделения, секреция, возбуждение и его проведение, сокращение мышц и выполнения движений, защиту от инфекции и т.д.). Физиологические функции можно разделить на две группы: пластичные (строительные) и регуляторные. Первые заключаются в синтезе нуклеиновых кислот, белков и образовании клеточных структур, вторые — обеспечивают регуляцию жизнедеятельности органов и систем.

В результате физико-химических преобразований выполнения функций ведет к структурным изменениям в клетках. Иногда их можно выявить с помощью светового микроскопа, а иногда — только с помощью электронного микроскопа. Структурные изменения могут иметь обратимый характер. Физиологические функции, которые базируются на химических, физических и механических изменениях, нельзя свести ни к одному из них, а необходимо изучать в комплексе.

Организм человека состоит из клеток, образующих ткани, из которых построены органы. Органы – это анатомически обособленные части организма, имеющие определенную структуру, тесно связанную с выполняемыми функциями. Жизнь организма обеспечивается взаимодействием большого числа разных органов. Органы, выполняющие одну или несколько общих физиологических функций, составляют физиологическую систему. В организме человека различают следующие физиологические системы: пищеварительную, дыхательную, кровеносную, выделительную, половую, опорно-двигательную, нервную, эндокринную, покровную. Часто еще выделяют иммунную систему, систему крови и сенсорные системы.

Пищеварительная система включает ротовую полость с языком, зубами и открывающимися в нее крупными и мелкими слюнными железами, глотку, пищевод, желудок, кишечник, печень, желчный пузырь, поджелудочную железу. В органах пищеварения пища измельчается, смачивается и переваривается пищеварительными соками. В результате необходимые организму сложные органические соединения расщепляются до более простых веществ. Они всасываются в кишечнике и доставляются кровью ко всем тканям и клеткам организма.

Кровеносная, или сердечно-сосудистая , система состоит из сердца и кровеносных сосудов. Благодаря сокращениям сердца кровь проталкивается по сосудам к органам и тканям, где происходит непрерывный обмен веществ. В результате такого обмена клетки постоянно получают кислород, питательные и другие необходимые вещества и освобождаются от углекислого газа и продуктов распада.

Выделительная система выполняет функцию удаления жидких продуктов обмена веществ. Основными органами этой системы являются почки. В них образуется моча, которая по мочеточникам стекает в мочевой пузырь. Там она накапливается и в определенный момент выбрасывается по мочеиспускательному каналу наружу. Кроме почек в выделительной функции принимают участие органы из других физиологических систем, например, кожа, легкие, печень, кишечник.

Половая система выполняет функцию размножения. В половой системе формируются половые клетки. К этой системе относятся мужские половые железы – семенники, женские половые железы – яичники. В матке происходит развитие плода.

Опорно-двигательная система состоит из двух анатомических систем – костной и мышечной, и поэтому ее часто называют опорно-двигательным аппаратом. Опорно-двигательная система представлена большим количеством различных по форме, размерам и строению костей и мышц. Кости, соединяясь между собой, образуют скелет соответствующих частей тела. При любых положениях тела все его органы опираются на кости. В этом состоит опорная функция скелета. Скелет выполняет и защитную функцию, ограничивая полости, занятые внутренними органами, например, грудную, брюшную полость, полость черепа. Скелет и поперечнополосатые мышцы обеспечивают движение тела. Соединенные между собой кости являются рычагами, которые приводятся в движение сокращением прикрепляющихся к ним мышц. Из скелетных мышц только мимические мышцы не перемещают кости, а обеспечивают мимику, т.к. они одним концом прикреплены к костям лицевого отдела черепа, а другим концом – к коже лица.

Нервная система объединяет все другие системы, регулирует и согласовывает их деятельность. Любое нарушение связи между нервной системой и органом приводит к прекращению его нормального функционирования. Посредством рецепторов, расположенных в органах чувств, поддерживается постоянная связь организма с окружающей средой. Благодаря нервной системе осуществляется психическая деятельность человека, его поведение.

Эндокринная система включает различные железы внутренней секреции. Каждая из желез вырабатывает и выделяет в кровь биологически активные вещества – гормоны. Гормоны участвуют в регуляции функций всех клеток и тканей организма.

В покровную систему входят кожа и слизистые оболочки. Кожа покрывает тело снаружи. Слизистые оболочки выстилают изнутри полости носа, рта, дыхательных путей, пищеварительной системы и др. Покровная система предохраняет организм от внешних воздействий – высыхания, колебаний температуры, проникновения в организм инфекции и вредных веществ.

В систему крови объединяют кровь и органы, в которых происходит образование клеток крови и их разрушение, т.е. красный костный мозг, вилочковую железу, лимфатические узлы, селезенку и печень.

Сенсорными системами называют совокупность периферических и центральных нервных образований, воспринимающих и анализирующих определенную чувственную информацию из внешней и внутренней сред организма, в результате чего формируются ощущения.

Некоторые органы, или разные группы входящих в них клеток, могут включаться в состав разных физиологических систем. Например, вилочковая железа (тимус, зобная железа) является эндокринной железой и одновременно входит в иммунную систему и в систему крови. Все системы и аппараты органов неразрывно связаны, постоянно взаимодействуют друг с другом и образуют целостный человеческий организм, находящийся в тесном контакте с окружающей средой.

Организм человека состоит из органов . Сердце, легкие, почки, рука, глаз – все это органы , т. е. части организма, выполняющие определенные функции.

Орган имеет свою, только ему свойственную форму и положение в организме. Форма руки отличается от формы ноги, сердце не похоже на легкие или желудок. В зависимости от выполняемых функций разным бывает и строение органа. Обычно орган состоит из нескольких тканей, нередко из 4-х основных. Одна из них играет первостепенную роль. Так, преобладающая ткань кости – костная, главная ткань железы – эпителиальная, главная ткань мускула – мышечная. В то же время в каждом органе есть соединительная нервная и эпителиальная ткань (кровеносные сосуды).

Орган является частью целого организма и поэтому вне организма работать не может. В то же время организм способен обходиться без некоторых органов. Об этом свидетельствуют хирургические удаления конечности, глаза, зубов. Каждый из органов является составной частью более сложной физиологической системы органов. Жизнь организма обеспечивается взаимодействием большого числа разных органов. Органы, объединенные определенной физиологической функцией, составляют физиологическую систему. Различают следующие физиологические системы: покровную, систему опоры и движения, пищеварительную, кровеносную, дыхательную, выделительную, половую, эндокринную, нервную.

Основные системы органов

Покровная система

Строение – кожа и слизистые оболочки. Функции – предохраняют от внешних воздействий высыхания, колебаний температуры, повреждений, проникновения в организм различных возбудителей и ядовитых веществ.

Система опоры и движения

Строение – представлена большим числом костей и мышц; кости, соединяясь между собой, образуют скелет соответствующих частей тела.
Функции – опорная функция; скелет выполняет и защитную функцию, ограничивая полости, занятые внутренними органами. Скелет и мышцы обеспечивают движение тела.

Строение – включает органы ротовой полости (язык, зубы, слюнные железы, глотку, пищевод, желудок, кишечник, печень, поджелудочную железу).
Функции – в органах пищеварения пища измельчается, смачивается слюной, на нее воздействуют желудочный и другие пищеварительные соки. В результате образуются необходимые организму питательные вещества. Они всасываются в кишечнике и доставляются кровью ко всем тканям и клеткам организма.

Кровеносная система

Строение – состоит из сердца и кровеносных сосудов.
Функции – сердце со своими сокращениями проталкивает кровь по сосудам к органам и тканям, где происходит непрерывный обмен веществ. Благодаря такому обмену клетки получают кислород и другие необходимые вещества и освобождаются от ненужных веществ, таких как углекислый газ и продукты распада.

Дыхательная система

Строение – носовая полость, носоглотка, трахея, легкие.
Функции – участвует в обеспечении организма кислородом и в освобождении его от углекислого газа.

Строение – основными органами этой системы являются почки, есть мочеточники, мочевой пузырь.
Функции – выполняет функцию удаления жидких продуктов обмена веществ.

Половая система

Строение – мужские половые органы (семенники), женские половые железы (яичники). В матке происходит развитие .
Функции – выполняет функцию , здесь формируются половые клетки.

Эндокринная система

Строение – различные железы . Например, щитовидная железа, поджелудочная железа.
Функции – каждая железа вырабатывает и выделяет в кровь особые химические вещества. Эти вещества участвуют в регуляции функций всех клеток и тканей организма.

Нервная система

Строение – рецепторы, нервы, головной и спинной мозг.
Функции – объединяет все другие системы, регулирует и согласовывает их деятельность. Благодаря нервной системе осуществляется психическая деятельность человека, его поведение.

Схема построения организма

Молекулы — клеточные органоиды — клетки — ткани — органы — системы органов — организм