Человек. Системы регуляции функций и сенсорные системы - Организменный уровень организации жизни

Системы регуляции человеческого организма

Функционирование организма как единого целого обеспечивается системами регуляции, благодаря которым взаимодействуют отдельные части организма и происходит его реакция на внешние воздействия. Центральными системами регуляции являются нервная, гуморальная (эндокринная) и иммунная. Все системы регуляции в организме тесно связаны между собой и влияют друг на друга, их взаимодействие обеспечивает слаженную работу организма.

Нервная система осуществляет координирующее влияние на ткани, органы и их системы, обеспечивая согласованность их деятельности и нормальное функционирование организма. Эндокринная система влияет на различные функции организма, а также на обменные процессы в клетках и тканях с помощью гормонов, которые разносятся кровью. Нервная система оказывает регулирующее влияние на все процессы организма, в том числе на эндокринную систему; в свою очередь, множество гормонов и других веществ влияют на нервную систему. В результате этого создается единый механизм нейрогуморальной регуляции функций организма при ведущей роли нервной системы. Иммунная система служит для сохранения биологической индивидуальности организма, она влияет на большинство физиологических функций, регулирует кроветворение, регенерацию тканей и т. д. Она функционирует в тесной взаимосвязи с нервной и эндокринной системами.

Эндокринная регуляция

Железы — специальные органы человека, которые производят и выделяют специфические вещества (секреты), принимающие участие в различных физиологических процессах. Железы внутренней секреции лишены протоков и выделяют свои секреты (гормоны) непосредственно в кровь, которая разносит их по всему организму. К таким железам относятся гипофиз, эпифиз, надпочечники, паращитовидная, щитовидная, поджелудочная, половые железы. Железы смешанной секреции (поджелудочная, половые) — одновременно выполняют функции внешней и внутренней секреции.

Железы внутренней секреции находятся в тесной функциональной зависимости, составляя целостную эндокринную систему, осуществляющую гормональную регуляцию всех основных процессов жизнедеятельности. Эндокринная система функционирует под контролем нервной системы, связующим звеном между ними служит гипоталамус.

Гормоны - биологически активные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции и целенаправленно воздействующие на другие органы. Они участвуют в регуляции всех жизненно важных процессов — в росте, развитии, размножении и обмене веществ. По химической природе выделяют белковые гормоны (инсулин, пролактин), производные аминокислот (адреналин, тироксин) и стероидные (половые гормоны, кортикостероиды). Гормоны обладают специфичностью действия: каждый гормон воздействует на определенный тип обменных процессов, на деятельность определенных органов или тканей.

Нарушение работы эндокринных желез проявляется или в повышении секреции (гиперфункция), или в снижении (гипофункция) либо отсутствии секреции (дисфункция), что вызывает разнообразные специфические эндокринные заболевания. Причинами нарушения работы желез являются их заболевания или нарушение регуляции со стороны нервной системы, особенно гипоталамуса.

Гипофиз — центральная железа внутренней секреции, его удаление приводит к смерти. Передняя часть гипофиза (аденогипофиз) связана с гипоталамусом и производит тропные гормоны, стимулирующие деятельность других желез внутренней секреции. Гормон роста влияет на рост молодого организма. В задней части гипофиза (нейрогипофиз) образуются два гормона: антидиуретический гормон вазопрессин, который регулирует водно-солевой обмен (усиливает реабсорбцию воды в канальцах нефрона, уменьшает выделение воды с мочой) и окситоцин — вызывает сокращение матки беременной при родах и стимулирует секрецию молока в период лактации.

Эпифиз (шишковидная железа) — небольшая железа, является частью промежуточного мозга. Вырабатывает гормон мелатонин, который влияет на функцию половых желез, половое созревание.

Эндокринная система человека:

1 — эпифиз; 2 — гипофиз; 3 — щитовидная железа; 4 — тимус; 5 — надпочечники; 6 — поджелудочная железа; 7 — яичник; 8 — семенник

Щитовидная железа — крупная железа, расположенная спереди гортани. Гормоны щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин, кальцитонин) влияют на обмен веществ, процессы роста и дифференциации тканей, на функционирование нервной системы, регенерацию. Недостаточность тироксина вызывает тяжелое заболевание микседему, для которого характерны отеки, выпадение волос, вялость. Дефицит гормонов в раннем возрасте приводит к задержке роста, может стать причиной возникновения заболеваний костной ткани, а их дефицит при беременности — значительно увеличивает риск возникновения кретинизма будущего ребенка из-за недоразвития мозга во внутриутробный период. Гормоны щитовидной железы также ответственны за нормальное функционирование иммунитета - они стимулируют клетки иммунной системы, т. н. Т-клетки, с помощью которых организм борется с инфекцией. При отсутствии йода в воде развивается эндемический зоб.

Паращитовидные железы — 4 небольшие железы, расположенные на щитовидной железе или погруженные в нее. Вырабатываемый ими паратгормон регулирует обмен кальция в организме и поддерживает его уровень в плазме крови. Одновременно он влияет и на обмен фосфора в организме: усиливает его выведение с мочой.

Надпочечники — парные железы, расположенные на верхушке каждой почки. В корковом слое образуются гормоны, участвующие в регуляции водно-солевого, углеводного и белкового обмена (кортикостероиды). В мозговом слое — адреналин и норадреналин. Адреналин повышает систолическое давление, ускоряет частоту сердечных сокращений, усиливает приток крови к сердцу, печени, скелетным мышцам и мозгу, способствует превращению гликогена печени в глюкозу и повышает уровень сахара в крови. Также к железам внутренней секреции относится и тимус, в котором синтезируются гормоны тимозин и тимопоэтин.

Поджелудочная железа секретирует 2 гормона, регулирующие углеводный и жировой обмен. Инсулин снижает содержание глюкозы в крови, задерживая распад гликогена в печени и увеличивая использование его мышечными и другими клетками. Глюкагон вызывает распад гликогена в тканях. Недостаточность секреции инсулина приводит к повышению уровня глюкозы в крови, нарушаются липидный и белковый обмены, развивается сахарный диабет. Для лечения диабета используют инсулин, полученный из поджелудочной железы скота.

Половые железы образуют половые клетки и половые гормоны (женские — эстрогены и мужские — андрогены). В зародыше половые гормоны контролируют развитие половых органов, во время полового созревания обеспечивают развитие вторичных половых признаков. Половые гормоны делают возможным оплодотворение, развитие зародыша, нормальное течение беременности и родов. Женские половые гормоны поддерживают менструальный цикл.

Нервная регуляция

Нервная система — совокупность разных структур нервной ткани, которые регулируют деятельность всех органов и систем организма, осуществляют связь органов между собой и организма в целом с внешней средой. Нервная система осуществляет нервную регуляцию функций организма, участвуя в поддержании гомеостаза. Она обеспечивает психические процессы (обучение, речь, память, мышление и др.), позволяющие не только познавать, но и изменять внешнюю среду.

Поперечный разрез спинного мозга:

1 — серое вещество; 2 — белое вещество; 3 — задний корешок; 4 — передний корешок; 5 — спинномозговой нерв; 6 — спинномозговой канал

Анатомически нервная система делится на центральную (ЦНС) и периферическую. ЦНС состоит из головного и спинного мозга; периферическая образована нервами и нервными узлами. Функционально нервная система делится на соматическую, иннервирующую поперечнополосатые мышцы и органы чувств, и вегетативную (автономную), иннервирующую внутренние органы.

Регуляторная деятельность нервной системы основывается на рефлексах. Рефлекс — ответная реакция организма на раздражение, которое осуществляется и контролируется нервной системой. Рефлексы делятся на безусловные (врожденные, генетически закрепленные) и условные (индивидуально приобретенные).

Осуществление рефлекса связано с рефлекторной дугой — путем, по которому проходит возбуждение при рефлексе. Состоит из: рецептора (нервное окончание, воспринимает раздражение); чувствительного нервного волокна (передает импульс от рецепторов в ЦНС); расположенного в ЦНС нервного центра (совокупность вставочных нейронов, обеспечивающих передачу возбуждения с чувствительных нейронов на двигательные); двигательного нервного волокна двигательных нейронов (передают импульс от ЦНС к рабочим органам); рабочего органа. Обязательным условием осуществления рефлекса является целостность всех отделов рефлекторной дуги.

Центральная нервная система включает спинной и головной мозг. Спинной мозг расположен в позвоночном канале. Это белая трубка диаметром около 1 см, она имеет центральный канал, заполненный спинномозговой жидкостью. От нее отходит 31 пара смешанных спинномозговых нервов. В местах выхода нервов, иннервирующих конечности, имеются шейное и позвоночное утолщения. Выполняет рефлекторную и проводниковую функции. Спинной мозг осуществляет рефлексы, связанные с сокращением скелетных мышц и регуляцией функций внутренних органов.

Головной мозг расположен в черепной коробке. Масса головного мозга у взрослых — 1400-1600 г. Отделы головного мозга: продолговатый мозг, задний мозг (варолиев мост и мозжечок), средний мозг, промежуточный мозг и конечный мозг (большие полушария). Все отделы головного мозга (за исключением мозжечка и больших полушарий) составляют ствол мозга, который является продолжением спинного. Полости (желудочки) различных отделов заполнены мозговой жидкостью и соединены между собой. Серое вещество образует кору больших полушарий и мозжечка, отдельные его скопления (ядра) — центры различных рефлекторных актов, расположены в белом веществе. Проводящие пути находятся в белом веществе ствола головного мозга и больших полушарий и связывают все части головного мозга друг с другом и со спинным мозгом, обеспечивая функционирование центральной нервной системы как единого целого.

Строение головного мозга:

1 — передний мозг; 2 — гипофиз; 3 — гипоталамус; 4 — таламус; 5 — мозжечок; 6 — мост; 7 — продолговатый мозг

Продолговатый мозг — продолжение спинного мозга. В его ядрах расположены центры дыхания и сердечной деятельности, сосудодвигательный центр, центры пищеварительных (слюноотделение, выделение желудочного и поджелудочного сока, глотание и др.) и защитных (кашель, рвота и т. д.) рефлексов. Вместе со средним мозгом обеспечивает рефлексы позы и выпрямительные рефлексы.

Задний мозг. Мост — утолщение выше продолговатого мозга; состоит из множества волокон, которые образуют проводящие пути, и лежат среди ядер V-VIII пар черепно-мозговых нервов. Мозжечок расположен в затылочной части головного мозга, его поверхность покрыта многочисленными бороздами. Регулирует и координирует сокращение мышц тела, при нарушении его работы снижается тонус мышц, исчезают точность и направленность движений. Деятельность мозжечка связана с безусловными рефлексами и контролируется корой больших полушарий.

Средний мозг расположен между мостом и промежуточным мозгом и обеспечивает их функциональную связь. Состоит из тела и ножек мозга. Здесь находятся ядра (подкорковые центры зрения, слуха, мышечного тонуса), которые обеспечивают быструю ориентацию при внезапных световых и звуковых раздражениях, а также участвуют в регуляции тонуса мышц (действуя на продолговатый мозг).

Промежуточный мозг — конечный отдел ствола мозга; состоит из зрительных бугров (таламус), гипоталамуса и шишковидного тела (эпифиза). В таламусе концентрируются все чувствительные пути, проводящие импульсы от рецепторов тела к коре больших полушарий, он участвует в возникновении ощущений температуры. боли, осязания и др. Гипоталамус — высший центр регуляции вегетативных функций: обмена веществ, температуры тела, кровяного давления и дыхания, гомеостаза. Он морфологически связан с гипофизом и регулирует его деятельность.

Конечный мозг (большие полушария) составляет 80% массы головного мозга и прикрывает почти все отделы головного мозга. Состоит из двух симметричных половинок, соединенных мозолистым телом из белого вещества. Внешний слой серого вещества образует кору больших полушарий (содержит около 14 млрд нейронов); центральная часть состоит из белого вещества. Поверхность коры складчатая, с многочисленными извилинами. Каждое полушарие разделено глубокими бороздами на четыре большие части: лобную, теменную, височную и затылочную. В белом веществе расположены подкорковые ядра, обеспечивающие передачу возбуждений в кору и из нее.

Функционально в коре различают чувствительные (сенсорные). двигательные и ассоциативные зоны (объединяющие деятельность сенсорных и двигательных зон, с которыми связаны память, речь, мышление). Зона кожной и суставно-мышечной чувствительности расположена позади центральной борозды; зона зрительных восприятий — в затылочной части; слуховая зона — в коре височной части. Перед центральной бороздой располагается двигательная зона, которая регулирует деятельность мышц. Речь и мышление осуществляются при участии всей коры.

Периферическая нервная система состоит из 12 пар черепно-мозговых нервов и 31 пары спинномозговых нервов, а также нервных узлов. Каждый спинномозговой нерв отходит от спинного мозга двумя корешками: задним (чувствительным) и передним (двигательным). На задних корешках расположены нервные узлы. Затем оба корешка соединяются в один ствол, выходящий из позвоночного канала через межпозвонковое отверстие; благодаря этому спинномозговые нервы являются смешанными (чувствительными и двигательными). Они иннервируют кожу, внутренние органы и скелетную мускулатуру.

Автономная (вегетативная) нервная система регулирует деятельность внутренних органов, желез, кровеносных сосудов, гладких мышц и процессы обмена веществ. Ее деятельность не подчинена воле человека. Центры находятся в сером веществе среднего, продолговатого и спинного мозга. Состоит из двух отделов: симпатического и парасимпатического. Симпатический отдел начинается в центральных отделах спинного мозга: там расположены тела первых нейронов. Их отростки заканчиваются в симпатических нервных узлах, лежащих по бокам позвоночника и образующих цепочки. Внутри узлов расположены тела других нейронов, отростки которых идут в рабочие органы. Парасимпатический отдел начинается в продолговатом мозге и крестцовом отделе спинного мозга (там находятся тела первых нейронов). Отростки нейронов направлены в парасимпатические узлы, расположенные около органов или непосредственно в тканях органов.

Практически все внутренние органы имеют двойную иннервацию (симпатическую и парасимпатическую), они обычно осуществляют противоположное влияние на физиологические функции. Согласованная деятельность обоих отделов вегетативной нервной системы обеспечивает точную регуляцию работы внутренних органов и приспособление к потребностям организма в меняющихся условиях среды.

Заболевания нервной системы. Инсульт — внезапное расстройство функций головного мозга, вызванное нарушением его кровоснабжения, при этом в условиях прекращения поступления кислорода нервные клетки гибнут в течение пяти минут. Сотрясение головного мозга — внезапное нарушение функции головного мозга, наступает непосредственно после травмы головы и не связано с сосудистыми повреждениями. Признаками сотрясения мозга служат кратковременная потеря сознания, помрачение сознания; может снижаться кровяное давление, нарушаться дыхание и сердечный ритм, наблюдаться бледность покровов. Пострадавшему необходимо обеспечить полный покой и осмотр врача.

Выделяют также ряд инфекционных заболеваний. Энцефалит — группа воспалительных заболеваний головного мозга человека и животных. обычно вызываемых вирусами. Полиомиелит — инфекционное заболевание преимущественно детского и подросткового возраста, поражающее в первую очередь спинной мозг, иногда вызывает паралич. Причиной воспаления мозговых оболочек (менингита) могут быть разнообразные инфекционные агенты (бактерии, вирусы, грибки, дрожжи и простейшие), проникая в мозговые оболочки через среднее ухо или с кровью из различных очагов инфекции. Предупредить ряд таких заболеваний помогает своевременная вакцинация.

Сенсорные системы

Жизнь человека неразрывно связана с внешней средой, и для приспособления к ней организм должен отслеживать ее изменения. Сенсорная система — система нервных образований, обеспечивающая восприятие, передачу и переработку информации. Каждая сенсорная система состоит из 3-х отделов: периферического отдела, проводящего пути и коркового центра. Все части взаимосвязаны и действуют как единое целое, нарушение в одной из частей приводит к нарушению функций всей системы.

Зрительная сенсорная система. Наибольшее количество информации (90%) о внешнем мире человек получает с помощью зрительной сенсорной системы. Отделы: орган зрения (глаз), зрительный нерв и зрительные центры в затылочной зоне больших полушарий.

Строение глаза и вспомогательного аппарата представлено на рисунках.

Внешние органы глаза:

1 — бровь; 2 — веки; 3 — слезная железа; 4 — ресницы; 5 — слезный проток

Глазное яблоко состоит из ядра, покрытого тремя оболочками: фиброзной, сосудистой и сетчатой (сетчаткой). Фиброзная оболочка в заднем отделе образует склеру, придающую глазному яблоку определенную форму, а в переднем отделе — прозрачную роговицу, проницаемую и преломляющую свет. Тонкая и нежная сосудистая оболочка с густой сетью тончайших сосудов и капилляров обеспечивает снабжение глаза кровью. В передней части глаза она образует радужную оболочку. В центре ее имеется небольшое отверстие — зрачок, он способен рефлекторно расширяться или сужаться в зависимости от интенсивности света. Позади зрачка находится прозрачный и эластичный хрусталик, кривизна которого регулируется ресничной мышцей. Стекловидное тело заполняет почти всю внутреннюю полость глазного яблока. Сетчатка состоит из рецепторов (палочек и колбочек). Участок сетчатки, из которого выходит зрительный нерв — слепое пятно. Почти рядом с ним находится желтое пятно, образованное скоплением рецепторов, — место наилучшего видения.

На сетчатке образуется уменьшенное перевернутое изображение видимых глазом предметов. Действительное изображение формируется в зрительной коре после поступления возбуждения от фоторецепторов. Для четкого восприятия близких и далеких предметов хрусталик меняет свою кривизну, фокусируя лучи на сетчатке. Эта способность называется аккомодацией. Стереоскопичность (объемность) зрения достигается сочетанием зрительных осей обоих глаз, так чтобы изображение падало на идентичные участки сетчатки.

Строение глаза:

1 — склера; 2 — роговица; 3 — сосудистая оболочка; 4 — радужная оболочка; 5 — сетчатка; 6 — зрачок; 7 — передняя камера; 8 — задняя камера; 9 — хрусталик; 10 — зрительный нерв

Нарушения зрения. Если при прохождении через прозрачные среды лучи фокусируются не на сетчатке, получается нечеткое изображение: спереди сетчатки — близорукость, сзади — дальнозоркость. Причиной таких отклонений могут быть врожденные аномалии формы глазного яблока или потеря хрусталиком способности изменять свою кривизну. Правильно подобранные очки позволяют исправить эти недостатки зрения. Для предупреждения нарушений зрения необходимо соблюдать ряд гигиенических правил. Во время чтения, письма и другой работы с мелкими предметами расстояние от предмета до глаз должно составлять 30-35 см. Рабочее место должно быть хорошо освещено, свет должен падать слева (для левшей — справа). Нельзя читать лежа или в транспорте, который быстро движется.

Слуховая сенсорная система. Посредством слуха человек воспринимает и анализирует огромное разнообразие звуков окружающего мира и овладевает способностью говорить. Слуховая сенсорная система состоит из рецепторов, расположенных в улитке внутреннего уха; слуховых нервов, которые проводят импульс к головному мозгу, и слуховых центров в височной части коры головного мозга, где окончательно определяется характер звука, его высота и тембр.

Орган слуха человека состоит из трех отделов: наружного, среднего и внутреннего уха. Строение представлено на рисунке.

Строение органа слуха:

1 — ушная раковина; 2 — внешний слуховой проход; 3 — барабанная перепонка; 4 — слуховые косточки; 5 — улитка; 6 — полукружные каналы

Наружное ухо служит для улавливания и проведения звуковых колебаний воздуха. Среднее ухо расположено внутри височной кости, отделено барабанной перепонкой и овальным окном внутреннего уха. Оно состоит из заполненной воздухом барабанной полости, которая соединена с носоглоткой евстахиевой трубой (уравновешивает давление воздуха в полости среднего уха с атмосферным давлением), и тремя слуховыми косточками — молоточком, наковальней и стременем, соединенными между собой суставами. Среднее ухо служит для проведения звуковых колебаний с барабанной перепонки к овальному окну и их усиления (в 30-40 раз). Внутреннее ухо представляет собой сложную систему полостей и каналов, заполненных жидкостью, основные части: улитка (содержит кортиев орган, непосредственно является слуховой рецепторной зоной) и 3 полукружных канала (орган равновесия). По нервным волокнам слухового нерва импульсы поступают в слуховые центры головного мозга (в височную часть коры больших полушарий). Ухо человека способно воспринимать звуки частотой от 20 до 20 000 Гц.

Нарушения слуха могут быть вызваны различными причинами. При накоплении ушной «серы» (выделяется железами слухового прохода и задерживает пыль и микроорганизмы) могут образовываться пробки. Поэтому необходимо чистить ушной наружный слуховой проход. Повреждение барабанной перепонки острым предметом или сильным внезапным звуком, воспаление среднего уха (отит) и т. д. приводят к ослаблению слуха. Вредное воздействие на орган слуха вызывают сильные, длительные шумы.

Вестибулярная сенсорная система. Играет важную роль в управлении движениями. Включает: три полукружных канала и два мешочка, где находятся рецепторные клетки; нервы, проводящие возбуждение в продолговатый мозг и мост; корковые центры в теменной и височной частях больших полушарий (при сознательном определении положения тела в пространстве) или мозжечок и спинной мозг (при рефлекторных реакциях).

Морская болезнь часто возникает у людей, путешествующих водным транспортом или самолетами, в результате длительных и сильных раздражений вестибулярного аппарата. Возбуждение передается в нервные центры, регулирующие деятельность внутренних органов, и проявляется тошнотой, слабостью, иногда даже головокружением.

Органы химического чувства. Хеморецепторные сенсорные системы — обонятельная и вкусовая.

Обонятельные рецепторы расположены в слизистой оболочке носа. Попадая вместе с воздухом в нос, молекулы пахучих веществ растворяются в слизи, затем возбуждают обонятельные клетки. Это возбуждение по волокнам обонятельного нерва поступает в центр обоняния (обонятельные зоны промежуточного мозга и коры больших полушарий). где происходит распознавание запахов. Скопления вкусовых рецепторов (вкусовые луковицы) размещены во вкусовых сосочках (выростах слизистой оболочки), расположенных на языке и стенках ротовой полости.

На вкусовые рецепторы химически воздействуют растворенные в воде вещества, возникает возбуждение, которое по волокнам вкусового нерва поступает в мост и продолговатый мозг, а оттуда — в центр вкуса, расположенный на внутренней поверхности коры между полушариями головного мозга.

Вкусовые зоны языка:

1 — горькое; 2 — кислое; 3 — солёное; 4 — сладкое

Проприорецепторы. В опорно-двигательном аппарате есть особые механорецепторы, которые посылают в головной мозг информацию о состоянии мышц (их сокращении или растяжении). Благодаря проприорецепторам человек всегда знает, в каком состоянии находятся различные части его тела. Возбуждение передается в зону мышечной чувствительности коры больших полушарий и в мозжечок.

Органы осязания. Кожные рецепторы расположены в толще кожи по всей поверхности тела. В большинстве случаев это многоклеточные тельца различной формы, внутрь которых входит и разветвляется чувствительное нервное волокно. Кожные рецепторы расположены неравномерно. Наибольшая их концентрация находится на кончиках пальцев рук, на губах и наружных половых органах. Поэтому эти участки тела наиболее чувствительны к механическим и температурным раздражителям.

В коже и слизистых оболочках расположены механорецепторы, реагирующие на различные механические раздражения. Особенно многочисленны они на языке, ладонях и кончиках пальцев. Возбуждение от рецепторов по центростремительным нервам через спинной мозг поступает в зону кожной чувствительности коры больших полушарий. Посредством осязания человек способен различать формы, размеры, характер поверхности предметов. Температурная чувствительность связана с холодовыми и тепловыми рецепторами, расположенными в коже, а также во многих внутренних органах. Импульсы от них направляются в ЦНС, там информация анализируется и запускается реакция терморегуляции.

Боль — психофизиологическая реакция на повреждающий раздражитель, направленная на сохранение целостности организма. Специальных болевых рецепторов нет, боль воспринимают свободные нервные окончания, расположенные по всему организму.