Учебное пособие для студентов всех форм обучения Донецк 2018 ббк 28. 903 я 73 удк 612 (075) д 30
 Скачать 0.95 Mb.
|
|
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА» Кафедра анатомии и физиологии ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА Учебное пособие для студентов всех форм обучения Донецк 2018 ББК 28.903 я 73 УДК 612 (075) Д 30 Деминская Л.А., Партас И.Г. Физиология человека: курс лекций: учеб. пособие / Л.А.Деминская, И.Г.Партас. – Донецк: ДИФКиС, 2018. - 140 с. Учебное пособие содержит теоретический материал по курсу «Физиология человека» и предназначено для студентов очной и заочной форм обучения направлений: «Физическая культура» (профиль: физкультурное образование, спортивная тренировка) и «Физическая культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья» (адаптивная физическая культура) Составители: д.пед.н., доцент Деминская Л.А. ст. преподаватель Партас И.Г. Рецензенты: к.б.н., доцент Балакирева Е.А. ????? Учебное пособие утверждено на: заседании кафедры анатомии и физиологии от 18.06.2018, протокол № 7 заседании научно-методического совета ДИФКиС от 18.06.2018, протокол № 7 заседании Ученого совета ДИФКиС от 30.06.2018, протокол № 11 СОДЕРЖАНИЕ
ТЕМА 1 в  ведение в физиологию человека. ФИЗИОЛОГИЯ ВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ. МЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ КЛЕТКИ 1. Введение в физиологию человека П редмет физиологииФизиология — экспериментальная наука о закономерностях функционирования целостного организма, его физиологических систем, органов, клеток, отдельных клеточных структур, а также его взаимодействие с окружающей средой. Физиология тесно связана с такими науками как анатомия, гистология (наука о тканях), эмбриология, биохимия, биофизика, биология. Развитие космонавтики, воздухоплавания, освоение горных массивов и вод мирового океана привело к необходимости изучения влияния на человеческий организм невесомости, пониженного или повышенного барометрического давления. Развитие спорта и проблема гиподинамии вызвала необходимость исследования двигательных функций, возможных пределов интенсификации функциональной активности различных систем организма. Краткие исторические сведения Представления о функциях отдельных органов и систем человеческого организма, о механизмах различных видов его деятельности формировались на протяжении многих веков. Физиология рождалась, главным образом, в связи с запросами медицины. Вместе с тем, интерес к функциям человеческого тела стимулировался многими другими сторонами человеческой деятельности: физическим трудом, военным делом, спортом, путешествиями и т.д. Все эти формы деятельности ставили вопрос о выносливости, силе, скорости, о развитии и совершенствовании этих качеств. Лечение людей требовало знаний строения человеческого тела. Поэтому достижения анатомии стали фундаментом для развития физиологии. Отец медицины Гиппократ (460 — 377 г.г. до н.э.) заложил основы для понимания роли отдельных систем и функций организма как целого. Подобных воззрений придерживался и другой знаменитый врач древности — римский анатом Гален (201 — 131 г.г. до н.э.). Гуморальные гипотезы и теории в течение целых тысячелетий оставались господствующими и среди врачей древнего Китая, Индии, Ближнего Востока и Европы. Физиологические познания древних ученых основывались главным образом на догадках, вивисекции производились очень редко и поэтому многие заключения о функциях тела были неточными или ошибочными. Средние века принесли мало знаний. Церковь господствовала над наукой, возводя непреодолимую преграду между «бессмертной душой» и телом человека. Католическая церковь запрещала вскрывать трупы, без чего невозможны точные знания строения организма. В средние века религия привела к застою экспериментальной науки и нанесла огромный вред ее развитию. Однако, М. Сервет (1509 или 1511-1553) подробно изучил малый круг кровообращения, изменение крови в легких и предположил существование в них капилляров. За свои смелые научные воззрения, направленные против религии, М. Сервет был сожжен церковниками. Анатом Фабриций (1537-1619) обнаружил клапаны в венах. Английский врач Уильям Гарвей (1578-1657) открыл большой круг кровообращения в острых опытах на животных. Он опубликовал свой трактат «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» в 1628, которая и считается официальной датой возникновения физиологии. В первой половине XVII в. естествоиспытатель и философ Рене Декарт (1596-1650), проводя вивисекции на животных и наблюдения на людях, изучал роль сердца и пищеварение. Главное его открытие в физиологии — схема безусловного рефлекса на основе изучения акта мигания при прикосновении к роговице. Эпоха Возрождения оказала разностороннее влияние на развитие физиологии. А. Левенгук изобрел микроскоп, что облегчило последующее изучение функции почек, легких, системы кровообращения. Врач У.Гарвей описал работу сердца и циркуляцию крови в большом и малом кругах кровообращения. Большой вклад в развитие представлений о мышечных сокращениях внес Ф. Глиссон. Механизм дыхания описал А.Галлер. Он также высказал идею о переносе газов кровью. К первой половине XVIII века относится начало развития физиологии в России, которое было ознаменовано открытием, по замыслу Петра I, Академии наук. Большую роль в становлении русской науки в целом, и физиологии в частности, сыграл М.В.Ломоносов. Он открыл закон сохранения веществ и механизм цветного зрения. Хотя в XVII – XVIII в.в. в физиологии преобладало анатомическое направление, шире стали применяться физические и химические методы. Так, Д.Бернулли измерил скорость движения крови в сосудах. А.Лавуазье заложил основы представления об окислительных процессах, Л.Гальвани доказал наличие в тканях «животного электричества», тем самым заложив основы исследований процессов возбуждения. Георг Прохаски развил представления о принципах рефлекторной деятельности. Начало XIX века в России ознаменовалось трудами А.М.Филомафитского, который издал первый русский учебник физиологии. Ему принадлежат опыты по переливанию крови. Он изучал пищеварение с помощью наложения фистулы желудка собаки. Прогрессу физиологии середины XIX века способствовали три замечательных открытия: закон сохранения энергии (Р.Майер, Г.Гельмгольц), происхождение видов (Ч.Дарвин) и клеточное строение (Т.Шванн, М.Шлейден). Разработал экспериментальные методики с количественной оценкой результатов немецкий физиолог К.Людвиг. Им предложен кимограф и ртутный монограф для записи кровяного давления. Во второй половине XIX века физиология окончательно отделилась от анатомии и стала самостоятельной наукой. В университетах России и Америки создавались физиологические лаборатории. В этот период многие ученые стали заниматься изучением функций нервной системы. Развитие физиологии в последней трети XIX и начала XX века в России происходило особенно интенсивно. Всемирную известность приобрели работы Н.Е.Введенского, который выдвинул новый взгляд на природу торможения, создал теорию парабиоза и др. Особая заслуга в создании новых направлений в физиологии в России, а затем и в мире, принадлежала Ивану Михайловичу Сеченову и Ивану Петровичу Павлову. «Отцом русской физиологии» называют И.М.Сеченова (1829 - 1905 г.г.). Сеченов И.М. стал основоположником новой отрасли науки – физиологии труда. Он впервые извлек и проанализировал растворенные в крови газы, описал явление торможения в центральной нервной системе. Особенно важное значение имеет разработанная им материалистическая теория психической деятельности человека. В своей книге «Рефлексы головного мозга» (1863) Сеченов показал, что сложнейшие психические процессы протекают по рефлекторному механизму. На рубеже XIX и ХХ веков развернулось творчество великого русского физиолога И.П.Павлова (1849-1936). Он провел исследования по вопросам регуляции кровообращения и пищеварения, разработал методику операций, которые не нарушали здоровья животного и, в то же время, позволяли длительно наблюдать за работой пищеварительных желез. За работы по физиологии пищеварения в 1904 г. ему была присуждена Нобелевская премия. Венцом научного творчества Павлова И.П. было создание нового раздела физиологии – учение о высшей нервной деятельности. Он впервые создал метод, позволяющий изучить психические процессы. Основываясь на теоретических положениях И.М. Сеченова об организме как целом, И.П. Павлов выдвинул положение о том, что условные рефлексы являются высшей формой приспособления организма к условиям существования. В первой половине ХХ века аспект исследований организма как целого получил дальнейшее развитие. Опираясь на идею Бернулли о постоянстве внутренней среды, У.Кеннон создал учение о гомеостазе – универсальном свойстве живого организма сохранять стабильность (постоянство) деятельности различных систем в ответ на внешние воздействия, нарушающие это постоянство. Общая направленность физиологических исследований в наши дни состоит в том, что физиологи получили новые возможности для изучения деятельности различных систем и органов. Характерной особенностью современной физиологии является изучение процессов в клетках, мембранах и даже молекулярные процессы. 2. Физиология возбудимых тканей. Основные приспособительные реакции организмов Способность адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям внешней среды является одним из основных признаков живых систем. В основе приспособительных реакций организма лежит раздражимость — способность реагировать на действие различных факторов изменением структуры и функций. Раздражимостью обладают все ткани животных и растительных организмов. Раздражимость трансформируется в новое свойство — возбудимость. Под этим термином понимают способность ряда тканей (нервной, мышечной, железистой) отвечать на раздражение генерацией процесса возбуждения. Возбуждение — это сложный физиологический процесс, который проявляется специализированной реакцией ткани (проведение нервного импульса, сокращение мышцы, отделение секрета железой и т. д.). Возбудимостью обладают нервная, мышечная и секреторная ткани, которые называют возбудимыми тканями. Возбудимость разных тканей неодинакова. Раздражителями, вызывающими возбуждение, могут быть любые внешние или внутренние воздействия. Все раздражители по их природе можно разделить на три группы: физические (механические, электрические, температурные, звуковые, световые), химические (щелочи, кислоты и другие химические вещества, в том числе и лекарственные) и биологические (вирусы, бактерии, насекомые и другие живые существа). По степени приспособленности биологических структур к их восприятию раздражители можно разделить на адекватные и неадекватные. Адекватными называются раздражители, к восприятию которых биологическая структура специально приспособлена в процессе эволюции. Например, адекватным раздражителем для фоторецепторов является свет, для барорецепторов — изменение давления, для мышц — нервный импульс. Неадекватными называются такие раздражители, которые действуют на структуру, специально не приспособленную для их восприятия. Например, мышца может сокращаться под влиянием механического, теплового, электрического раздражений, хотя адекватным раздражителем для нее является нервный импульс. 3. Клетка, ее строение, формы и основные свойства Клетка – простейшая живая система. Снаружи клетка покрыта оболочкой – мембраной.На поверхности мембрана образует выросты и складочки, что помогает соединению клеток в ткани. В состав мембран входят белки, липиды, вода, ионы, АТФ, отдельные ферменты, полисахариды и пр. Мембрана клетки имеет отверстия – поры, которые могут пропускать в клетку и из клетки различные вещества, воду, ионы. Поры мембраны обладают такими свойствами:
Внутри клетки и вне ее находятся различные химические вещества – ионы. Катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы) создают положительный заряд на внешней и отрицательный заряд на внутренней поверхности мембраны. Это состояние называется разность потенциалов. Клетка обладает рядом свойств: она питается, растет, размножается, восстанавливается, адаптируется к окружающей её среде, обменивается энергией и веществами с окружающей средой, выполняет присущие ей функции (в зависимости от того, к какой ткани принадлежит данная клетка). Форма клетки зависит от того, к какой ткани она принадлежит. По своей форме клетки могут быть:
4. Мембранный потенциал покоя и мембранный потенциал действия Клетка может находиться в двух основных состояниях – в покое и в возбуждении. Покой и возбуждение клетки иначе называют – мембранный потенциал покоя и мембранный потенциал действия. Когда клетка не испытывает никаких раздражений, она находится в состоянии покоя. Покой клетки иначе называется мембранным потенциалом покоя (МПП). В состоянии покоя внутренняя поверхность ее мембраны заряжена отрицательно, а наружная – положительно. Это объясняется тем, что внутри клетки находится много анионов и мало катионов, а за клеткой наоборот, преобладают катионы. Поскольку в клетке присутствуют электрические заряды, то создаваемое ими электричество можно измерить. Величина мембранного потенциала покоя равна: - 30 - 100 мВ. Данная величина условна, так как в каждой клетке может быть своя величина потенциала покоя. Согласно современной мембранно-ионной теории, мембранный потенциал обусловлен не только концентрацией ионов калия, но и натрия и хлора, а также неодинаковой проницаемостью для этих ионов мембраны клетки. Цитоплазма клеток содержит в 30 —50 раз больше ионов калия, в 8 —10 раз меньше ионов натрия и в 50 раз меньше ионов хлора, чем внеклеточная жидкость. Проницаемость мембраны для ионов обусловлена строением ионных каналов. Одни каналы открыты постоянно, другие открываются и закрываются в ответ на изменения МП. Таким образом, асимметричное распределение ионов по обе стороны мембраны и связанный с этим мембранный потенциал объясняется избирательной проницаемостью мембраны для разных ионов и их концентрацией по обе стороны от мембраны. В состоянии покоя поры мембраны открыты для ионов калия и закрыты для ионов натрия, т.е. что ионы калия могут легко проникать в клетку и выходить из нее. Ионы натрия не могут поступать в клетку, поскольку для них закрыты поры мембраны. Но небольшое число ионов натрия проникает в клетку, потому что притягиваются большим количеством анионов, расположенных на внутренней поверхности мембраны (разноименные заряды притягиваются). Такое перемещение ионов является пассивным, поскольку не требует затрат энергии. Мембранный потенциал действия клетки. Потенциал действия (ПД) возникает на мембранах клеток под влиянием раздражителя пороговой или сверхпороговой величины, который увеличивает проницаемость мембраны для ионов натрия в 500 раз. Ионы натрия начинают входить внутрь клетки, что приводит к деполяризации мембраны. В результате проникновения ионов натрия в цитоплазму и их взаимодействия с анионами разность потенциалов на мембране исчезает, а затем происходит перезарядка клеточной мембраны — внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно по отношению к наружной (на 30 — 50 мВ), после чего закрываются натриевые каналы и открываются калиевые каналы. В результате выхода калия из клетки начинается процесс восстановления исходного уровня мембранного потенциала покоя — реполяризация мембраны. Таким образом, в основе возбуждения лежит повышение проводимости мембраны для натрия. Клетка становится возбужденной, возникает мембранный потенциал действия (МПД), величина которого равна + 30 мВ. Состояние возбуждения длится недолго, начинает действовать активный механизм – натрий – калиевый насос, который нагнетает ионы калия в клетку, и выводят ионы натрия из клетки. Клетка постепенно возвращается к исходному состоянию покоя. На работу этого механизма тратится около 70% всей необходимой клетке энергии. Источником энергии в клетке является АТФ. АТФ дает энергию только при расщеплении на более простую кислоту - АДФ, при обязательном участии в реакции фермента АТФ-азы: АТФ + АТФаза (фермент) ↔ АДФ + энергия Переход клетки от покоя к действию и смена её электрических зарядов называется – деполяризация. Восстановление мембранного потенциала покоя, переход от возбуждения к покою называется – реполяризация. В состоянии покоя только раздражение определенной силы вызывает возбуждение. Такая сила называется пороговой или порог раздражения. Порог раздражения - наименьшая сила, которая необходима для того, чтобы вызвать возбуждение.Раздражение большей силы, чем пороговое называется надпороговым раздражением. Раздражение меньшей силы, чем пороговое раздражение называется подпороговым раздражением. В момент возбуждения клетка не способна отвечать на раздражения, она становится невозбудимой. Невозбудимость клетки называется – рефрактерность.Рефрактерность бывает двух видов: абсолютная и относительная. При абсолютной рефрактерности никакое раздражение не способно вызвать состояние возбуждения. Во время относительной рефрактерности только очень сильное, надпороговое раздражение может вызвать возбуждение. Относительная рефрактерность клетки сменяется следующим ее состоянием – повышенной возбудимостью. В этом состоянии воздействие на клетку слабого, подпорогового раздраженияможет привести к возникновению возбуждения. Стадия повышенной возбудимости сменяется состоянием покоя клетки, ее мембранным потенциалом покоя. Возникновение возбуждения (потенциала действия) возможно лишь при сохранении достаточного количества ионов натрия в окружающей клетку среде. Большие потери натрия организмом (например, с потом при длительной мышечной работе в условиях высокой температуры воздуха) могут нарушить нормальную деятельность нервных и мышечных клеток, снижая работоспособность человека. На процесс деактивации натриевого механизма влияет недостаток кислорода и избыток ионов Са  в крови. ТЕМА 2 ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА
Нервная клетка Центральная нервная система (ЦНС) состоит из головного и спинного мозга. Отходящие от них нервные волокна и узлы (ганглии) образуют периферическую нервную систему. Нервная система выполняет следующие функции:
Ведущим отделом ЦНС является кора больших полушарий. Она управляет деятельностью других отделов головного и спинного мозга, а также обеспечивает работу психических процессов (сознания, мышления, внимания, памяти, речи и т.д.). Нервная система образована нервными клетками (50 миллиардов) - нейронами. Нейрон, иннервирующий мышечные клетки называется мотонейрон. ЦНС организована таким образом, что нейроны, выполняющие одинаковые функции, сгруппированы в виде ядер. В мозге имеются сотни различных ядер, каждое из которых содержит тысячи нейронов, участвующих в интеграции связанных между собой функций. Наиболее сложна нервная организация коры. Все ее отделы состоят из нескольких слоев нейронов и их отростков. Нейрон состоит из тела и двух видов отростков. Многочисленные древовидно разветвленные отростки — дендриты служат входами нейрона, через которые сигналы поступают в нервную клетку. Выходом нейрона является отходящий от тела клетки отросток — аксон, который передает нервные импульсы дальше — другой нервной клетке или рабочему органу (мышце, железе). В зависимости от своего строения нервные волокна могут быть: мякотные и безмякотные. Мякотные волокна покрыты миелиновой оболочкой. Данная оболочка покрывает аксон не сплошным слоем, а участками. Миелиновая оболочка обладает следующим свойством – она не проводит нервное возбуждение. Поэтому в мякотных нервных волокнах импульс движется скачкообразно, перепрыгивая через участки аксона, покрытые миелиновой оболочкой. Безмякотные волокна оболочки не имеют. В таких волокнах нервное возбуждение движется вдоль всего волокна, непрерывно. Таким образом, по мякотному волокну нервный импульс проходит быстрее, чем по безмякотному, поскольку импульс «перескакивает» отдельные участки волокна. Отростки и тело нейрона выполняют различные функции. Так, дендриты - воспринимают сигналы (импульсы), приходящие от других нейронов, и проводят к телу клетки. Тело нервной клетки воспринимает импульс от дендритов, перерабатывает его и передает аксону. Кроме того, тело выполняет питательную (трофическую) функцию по отношению к своим отросткам. Аксон приводит возбуждение от тела своей клетки к другим клеткам или к периферическим органам. Таким образом, можно сказать, что основными функциями нервной клетки являются:
Различают следующие виды нейронов:
2. Синапс. Передача нервного импульса через синапс Для выполнения ЦНС своих функций необходима связь между нейронами, а также другими клетками тканей. Такая связь осуществляется через синапс. Окончание аксона расширяется (синаптическое расширение) и образует контакт с другой клеткой. В структуре синапса различают три элемента: 1) пресинаптическую мембрану, образованную утолщением мембраны синаптического расширения аксона; 2) синаптическую щель между нейронами; 3) постсинаптическую мембрану — утолщение прилегающей поверхности мембраны следующего нейрона или клетки. Внутри синаптического расширения находятся пузырьки заполненные химическим веществом - нейромедиатором. Нейромедиатор бывает двух видов: возбуждающий и тормозящий. К возбуждающим нейромедиаторам относятся такие вещества, как:ацетилхолин, адреналин, норадреналин. К тормозным нейромедиаторам относятся: γ (гамма) - аминомасляная кислота и глицин. Никогда не бывает такого, чтобы в одном синаптическом расширении образуется как возбуждающие, так и тормозящие медиаторы. Именно поэтому, в зависимости от того, какой тип медиатора образуется в нейронах, они разделяются еще на возбуждающие и тормозящие. На мембране тела нервной клетки находятся как возбуждающие, так и тормозящие синапсы. Синапс необходим для того, чтобы с одной клетки на другую передавался нервный импульс. Передача нервного импульса через синапс. Нервный импульс перемещается от тела нейрона по его аксону и достигает синаптического расширения. После чего внутри синаптического расширения начинают лопаться пузырьки с нейромедиатором. Медиатор вытекает из пузырьков и проникает сквозь поры пресинаптической мембраны, синаптическую щель и достигает поверхности постсинаптической мембраны. В зависимости от того, какой медиатор был внутри синаптического расширения - возбуждающий или тормозной, на клетку передается либо возбуждение, либо торможение. Действие медиатора очень кратковременно (1 - 2 мс), после чего он расщепляется на неэффективные части или поглощается обратно пресинаптическими окончаниями. Нервный импульс может перемещаться только в одном направлении - от пресинаптической мембраны к постсинаптической мембране. Это объясняется строением синапса: медиатор содержится только перед синаптической мембраной. 3. Рефлекс, виды рефлексов. Рефлекторная дугаВ основе всей деятельности центральной нервной системы находится рефлекторный механизм, поскольку центральная нервная система отвечает на различные раздражения, которые возникают внутри организма или поступают в организм из внешней среды.Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение, возникающее во внешней или внутренней среде и протекающая при участии центральной нервной системы. Рефлексы можно классифицировать по различным показателям. В зависимости от того из какой среды возникают раздражения:
По биологическому значению для организма:
В зависимости от того, какие отделы мозга необходимы для осуществления рефлексов, они делятся на:
По характеру ответной реакции:
Путь, по которому проходят нервные импульсы для выполнения ответной реакции, называется рефлекторным путем или рефлекторной дугой. В состав рефлекторной дуги входят: воспринимающее образование — рецептор; чувствительный или афферентный нейрон, связывающий рецептор с нервными центрами, промежуточные (или вставочные) нейроны нервных центров; эфферентный нейрон, связывающий нервные центры с периферией; исполнительный орган, отвечающий на раздражение — мышца или железа. Наиболее простые рефлекторные дуги включают всего две нервные клетки, однако множество рефлекторных дуг в организме состоят из большого количества нейронов, расположенных в разных отделах центральной нервной системы. Рассмотрим пример образования ответной реакции (рефлекса) и взаимосвязи всех звеньев рефлекторной дуги на простом примере: вы прикасаетесь к горячему и отдергиваете руку. То, что вы уберете руку от очень горячего предмета и есть ваша ответная реакция на раздражение внешней среды. Физиологическое объяснение этого процесса таково: рецепторы вашей кожи воспринимают тепло и передают информацию о температуре предмета чувствительным нейронам. Чувствительные нейроны передают эту информацию вставочным нейронам центральной нервной системы. Центральная нервная система оценивает насколько высока температура предмета к которому вы прикоснулись. Если температура очень высока и это опасно для вашей кожи, центральная нервная система принимает решение о том, что руку нужно убрать. Это решение в виде нервного импульса вставочные нейроны передают двигательным нейронам. Двигательные нейроны передают нервный импульс исполнительным органам - мышцам руки. Исполнительный орган - мышцы руки сокращаются, и вы убираете руку с горячего предмета. Вам потребовалось несколько секунд для того, чтобы отдернуть руку, но за это время с огромной скоростью происходит движение импульсов по рефлекторной дуге. |