Учебник Биология 8 класс Вахрушев Родионова

Федеральный государственный образовательный стандарт Образовательная система «Школа 2100» А.А. Вахрушев, Е.И. Родионова, Г.Э. Белицкая, А.С. Раутиан БИОЛОГИЯ If гШ 8 класс щ fS,#; Москва b/mjz 2015 УДК 373.167.1:57+57(075.3) ББК 28.Оя721 В22 Федеральный государственный образовательный стандарт Образовательная система «Школа 2100» ^ Совет координаторов предметных линий Образовательной системы «Школа 2100» — лауреат премии Правительства РФ в области образования за теоретическую разработку основ образовательной системы нового поколения и её практическую реализацию в учебниках На учебник получены положительные заключения по результатам научной экспертизы (заключение РАН от 14.10.2011 № 10106-5215/376), педагогической экспертизы (заключение РАН от 22.01.2014 № 000392) и общественной экспертизы (заключение НП «Лига образования» от 30.01.2014 № 200) Руководитель издательской программы -чл.-корр. РАО, доктор пед. наук, проф. Р.Н. Бунеев Вахрушев, А.А. В22 Биология. 8 кл.: учеб. для организаций, осуществляющих образовательную деятельность / А.А. Вахрушев, Е.И. Родионова, Г.Э. Белицкая, А.С. Раутиан. - М . : Баласс, 2015. - 336 с. : ил. (Образовательная система «Школа 2100»). ISBN 978-5-905683-46-6 Учебник «Биология» для 8 класса («Познай себя») соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования. Является продолжением непрерывного курса биологии и составной частью комплекта учебников развивающей Образовательной системы «Школа 2100». Учебник для 8 класса знакомит учащихся со строением и функционированием человеческого тела и психологическими особенностями человека. Методический аппарат учебника ориентирован на проблемно-диалогическую технологию. Множество иллюстраций, схем, афористичные названия параграфов и рубрик создают мотивацию к обучению. Может использоваться как учебное пособие. УДК 373.167.1:57+57(075.3) ББК 28.Оя721 Данный учебник в целом и никакая его часть не могут быть скопированы без разрешения владельца авторских прав ISBN 978-5-905683-46-6 © Вахрушев А.А., Родионова Е.И., Белицкая Г.Э., Раутиан А.С., 2012 © ООО «Баласс», 2012 Как работать с учебником 3 КАК РАБОТАТЬ С УЧЕБНИКОМ За три года изучения биологии вы узнали важнейшие свойства живых организмов, отличительные черты бактерий, грибов, растений и животных, познакомились с их многообразием и ролью в природе. Название учебника биологии для 8-го класса - «Познай себя». Надеемся, что вы уже догадались, чему он будет посвящён. В этом году вы продолжите изучение биологии по учебнику Образовательной системы «Школа 2100». Он поможет вам в развитии умений (действий), которые необходимы в жизни. Эти умения или действия (они называются универсальными) развиваются через специальные задания, обозначенные в учебнике кружками и фоном условных знаков разного цвета. Каждый цвет соответствует определённой группе умений: организовывать свои действия: ставить цель, планировать работу, действовать по плану, оценивать результат; работать с информацией: самостоятельно находить, осмысливать и использовать её; общаться и взаимодействовать с другими людьми, владеть устной и письменной речью, понимать других, договариваться, сотрудничать; развивать качества своей личности, оценивать свои и чужие слова и поступки. Так обозначены задания, где нужно применить разные группы умений. Мы называем их жизненными задачами и проектами. Ученики и учитель сами могут решить, как работать с учебником. Мы, авторы, лишь объясняем свой замысел. Зачем нам учить биологию человека? Эта книга расскажет вам о том, как устроено тело человека. Оно, как и тело каждого живого организма на Земле, - совершенное создание природы. Вы уже знаете, что в каждом организме есть системы органов, которые приспособлены для выполнения необходимых функций. Каждую систему удобнее и проще изучать отдельно. Однако очень важно помнить, что все системы органов взаимосвязаны и зависят друг от друга. Поэтому мы не ограничимся изучением того, как устроено тело человека, где находятся сердце, печень, лёгкие, хотя и это очень важно знать, но и постараемся объяснить, почему оно устроено именно так, а не иначе. Мы будем рассматривать тело человека не как сумму составляющих его частей, а как единое целое, в котором все органы и ткани связаны между собой и с внешней средой. Чтобы разумно использовать возможности своего организма, как и всякого сложного устройства, его необходимо знать. К каждой машине прилагается инструкция, включающая «матчасть» (описание материальной части), работу агрегатов и инструкцию к использованию. Наш учебник представляет собой краткую инструкцию для самого сложного из «устройств» - Человека. Нам очень хотелось бы, чтобы полученные знания изменили ваше отношение к своему здоровью, помогли бы в воспитании культуры чувств. 4 Как работать с учебником Вы научитесь: 1) объяснять, как устроен и как функционирует организм человека; 2) использовать в быту элементарные биологические сведения; 3) оценивать поведение человека с точки зрения здорового образа жизни. Как мы будем учиться? Чтобы достичь поставленных целей на уроке, «Школа 2100» предлагает использовать проблемный диалог как основу работы. Тогда обсуждение проблемы делит урок на пять частей, отмеченных заголовками на оранжевых плашках. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Ученики вместе с учителем формулируют проблему. В начале каждого параграфа приведены факты или высказывания на общую тему. Их сравнение вызывает удивление, затруднение, разброс мнений, противоречие взглядов на одно и то же явление - то есть проблемную ситуацию. Учитель помогает ученикам осознать и сформулировать проблему: вопрос для исследования или тему урока. Авторские варианты проблемных вопросов помещены на с. 332-333. • Так выделены вопросы и задания, помогающие выявить проблему и определить основной вопрос урока. ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ Ученики кратко повторяют базовые знания и вместе с учителем ищут пути решения проблемы. Ученики предлагают свои версии (гипотезы) решения проблемы; определяют совместный план её решения; привлекают имеющиеся у них знания для решения проблемы. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Ученики под руководством учителя добывают знания для разрешения проблемы. Познакомившись с заголовками рубрик текста, ученики получают представление об элементах проблемы. Затем они, индивидуально или группами, ищут в каждой рубрике ответы на проблемный вопрос и частные вопросы, имеющие отношение к проблеме. Учитель с помощью диалога подводит учеников к открытию новых закономерностей. Ученики сами формулируют выводы, понятия и правила. Особое внимание стоит обратить на важные слова, которые выделены курсивом и жирным шрифтом. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Ученики формулируют новое знание и подводят итоги. После того как ученики познакомились с материалом и сформулировали новое знание, полезно попытаться представить его в иной форме (символ, схема, таблица, рисунок, вопрос, афоризм, ключевые слова, текст и т.д.). Как работать с учебником 5 Затем ученики сверяют правильность своего открытия с выводом учебника и констатируют, что проблема решена. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Ученики применяют новые знания. Получив новые знания, нужно попытаться применить их, выполняя задания: индивидуально, в парах или группах. Предлагается много заданий на выбор, все их выполнять необязательно. • Так помечены задания, результат выполнения которых содержится в учебнике в готовом виде. Эти задания помогут освоить предметные знания. Остальные задания - продуктивные. Их решения нет в учебнике в готовом виде, но в тексте и иллюстрациях есть подсказки, помогающие выполнить задание. Такие задания проверяют, сможете ли вы в жизни воспользоваться полученными знаниями, и поэтому могут оказаться более интересными. Порядок самостоятельного выполнения продуктивного задания 1. Осмыслите задание (объяснить своими словами, что требуется). 2. Найдите информацию, нужную для выполнения задания (текст). 3. Преобразуйте информацию так, чтобы получить ответ (выделить главное, найти причину, обосновать свою позицию и т.д.). 4. Сформулируйте мысленно ответ, используя слова: «я считаю, что^», «потому что^», «во-первых^», «во-вторых^» и т.д. 5. Составьте полный ответ (рассказ), не рассчитывая на наводящие вопросы учителя. Помимо обычных учебных заданий, применять новые знания учат жиз -ненные задачи и проекты. Они могут выполняться как на уроках, так и во внеурочной деятельности. Что такое жизненные задачи? Это проблемы, с которыми вы можете столкнуться в жизни и для решения которых вам понадобятся разные знания и умения. Они оформлены следующим образом: Название Ситуация. Условия, в которых возникла проблема. Роль. Человек, в роли которого вы должны себя представить, решая проблему. Результат. То, что нужно получить в итоге. Что такое проект? Это любое самостоятельное дело, которое предполагает: 1) оригинальный замысел (цель); 2) выполнение работы за определённый отрезок времени; 3) конкретный результат, представленный в итоге (предметы, сделанные своими руками, мероприятия, при условии, что они подготовлены самими учениками, решение общественно значимой проблемы, результаты самостоятельных исследований и др.). 6 Как работать с учебником Правила проектной деятельности: 1) каждый может начать собственный проект; 2) каждый может объединиться с другими в ходе работы над проектом; 3) каждый может выйти из проекта, при этом не подводя других; 4) каждый может не участвовать ни в одном проекте. Как оценить свои учебные достижения? Для этого надо освоить алгоритм самооценки. 1. Какова была цель задания (что нужно было получить в результате)? 2. Выполнили задание (получен ли результат)? 3. Выполнили верно или с ошибкой? 4. Выполнили самостоятельно или с чьей-то помощью? 5. Вспомните, по каким основаниям вы ставите отметки. Определите свою отметку. Что надо обязательно запомнить? Ни один человек не может знать всё. Поэтому мы учимся добывать те знания, которые нужны для решения той или иной задачи. В учебнике много интересных сведений и заданий, но это предложенный максимум - то, что вы можете узнать и выполнить, если захотите. Обязательный минимум знаний, который пригодится каждому, выделен особо. В начале каждой главы перечислено то, чему необходимо научиться. Главный вывод помещён в рамке. Этот вывод, как и весь текст учебника, не нужно пересказывать и тем более заучивать наизусть. Его надо понять, чтобы выполнить задания. В конце текста перечислены новые понятия: Эти слова нужно понять и запомнить. Эти слова достаточно понимать. ДЛЯ САМЫХ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ Текст, помеченный таким значком, читать необязательно. Об этом на уроке не спросят, а если спросят, то только самых любознательных. Ориентироваться в учебнике помогут условные обозначения - Работа в группе (паре). МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Самостоятельная исследовательская работа. Задания, которые могут быть выполнены с использованием информационных технологий. § 1. Человек - это звучит гордо 7 ВВЕДЕНИЕ § 1. Человек - это звучит гордо ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Д. Моррис: Человек - голая обезьяна. Д. Швейцер: Человек - духовное существо. • В чём, на ваш взгляд, прав каждый мыслитель? Предложите свой вариант основного вороса урока и сравните с вариантом авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как люди судят об эволюционном родстве организмов? (7 класс, § 2-3) • Что общего и в чём отличия между растениями и животными? (5, 7 классы) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Человек привык считать себя «царём природы». Недаром он именует себя «человеком разумным», а животных — снисходительно — «братьями нашими меньшими». А так ли мы отличаемся от них? Для того чтобы это оценить, попробуем применить на практике знания, полученные на предыдущих уроках биологии, и понять, кто же мы, люди, такие. Какого роду-племени человек? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Конечно, человек — живое существо, и доказывать это вряд ли требуется. Тем не менее вспомните признаки живых организмов и соотнесите их с человеком. Теперь присмотримся к себе повнимательнее. У нас нет зелёных частей тела, мы можем существовать в темноте длительное время и к фотосинтезу неспособны, поэтому питаемся органическими веществами, созданными другими организмами, как растениями, так и животными. Следовательно, мы, люди, — гетеротрофные организмы. Потребляем мы пищу с помощью рта и можем активно передвигаться в поисках чего-нибудь съедобного. Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: люди — животные. Дальше попробуем определить место человека в системе животных. Вдоль спины у нас проходит жёсткое костное образование, которое называется позвоночником. Существует крылатое выражение: «Впитать с молоком матери». Оно возникло не случайно — детей люди выкармливают молоком. Делаем несложное заключение: мы — позвоночные, млекопитающие. Это подтверждают и другие особенности нашего организма - постоянная, довольно высокая температура тела, 8 Введение остаточный волосяной покров на нём. Зародышевое развитие человека проходит, как у большинства млекопитающих, в утробе матери. Полный «биологический адрес» человека: надцарство Ядерных клеточных организмов (Eucariota) • царство Животные (Animalia) • тип Хордовые (Chordata) • подтип Позвоночные или Черепные • класс Млекопитающие (Mammalia) • подкласс Плацентарные • отряд Приматы (Primates) • семейство Человекообразные (Hominidae) • род Человек (Homo) • вид Человек разумный (Homo sapiens) § 1. Человек - это звучит гордо 9 Пуд мыла изведёшь, а родинки не смоешь • Постарайтесь объяснить, что означает название рубрики, выскажите предположение. • Чтобы проверить своё предположение, прочитайте текст, ведя диалог с авторами: В - задайте вопрос к тексту; О - предположите ответ; П - проверьте себя по тексту. • После чтения текста сделайте вывод. Подтекст этой пословицы в том, что, дескать, от родства не уйдешь. П (Вы так же думали?) О (Попытайтесь уточнить свои предположения.) Судите сами, насколько велико сходство между человеком и, например, его ближайшим из ныне живущих родственников — шимпанзе. У обоих пятипалые конечности с подвижными пальцами; соотносимые пропорции тела; сходное строение лица; похожая мимика; группы крови и её биохимический состав; обмен веществ. Мы и человекообразные обезьяны даже болеем одними и теми же болезнями — туберкулёзом, СПИДом, гриппом. П (Вы это знали?) Учёные доказали, что строение ДНК шимпанзе на 99% совпадает с ДНК человека. И это несмотря на то, что все люди тоже отличаются друг от друга по множеству наследственных признаков! Наше родство с животными также подтверждается наличием рудиментов — органов или их частей, которые были важны для наших далёких предков, но затем утратили своё значение. П (Вам знаком этот термин? То есть рудименты - это^) Например, на теле человека сохранились волосы, хотя они не могут уже защитить от холода. Сохранились и мышцы, позволяющие двигать ушами. Мышцы-то есть у всех, а вот управлять ими на зависть остальным умеют немногие. Иногда рождаются люди, имеющие признаки, обычные для других животных, но нехарактерные для человека. В (Что это? Какое отношение это имеет к родству?) Известны случаи рождения людей со сплошным густым волосяным покровом, с двумя рядами сосков, с хвостом, с неполной сердечной перегородкой и даже с жаберными щелями. Такие отклонения развития называются атавизмами, и они указывают на то, что человек состоит в родстве со всеми животными, но в своём становлении прошёл 1.2. Человек и его ближайший современный родич • Найдите общие черты в строении тела человека и шимпанзе. 10 Введение 1.3. Свидетельства нашего родства с животными • Найдите на рисунке рудименты и атавизмы. долгий эволюционный путь. П (Вернись ещё раз к названию рубрики. Почему авторы выбрали такое название?) А если это так, то изучение животных - это один из методов постижения природы самого человека. В (Как это происходит?) О (Попытайтесь предположить.) Именно наше родство с животными дает возможность учёным и врачам проводить испытания лекарств, косметики, хирургических методов лечения различных заболеваний сначала на «четвероногих пациентах», прежде чем применить их к человеку. 1.4. Врождённый хватательный рефлекс • Как могла появиться такая программа поведения у ребёнка? • Подумайте, почему так веселятся посетители зоопарка у вольера с обезьянами. Не видят ли они карикатуру на себя? § 1. Человек - это звучит гордо 11 Едва появившись на свет, ребёнок умеет хвататься за предметы руками и крепко за них держаться, даже если лишить малыша опоры (см. рис. 1.4). Эта программа осталась в поведении человека с тех времён, когда предки его ещё жили на деревьях. Её тоже можно считать рудиментом, и нужды в ней давно нет, но природа не спешит выбрасывать на «свалку» «старьё», если оно не мешает рождаться новому. Воистину: «Пуд мыла изведёшь, а родинки не смоешь». П (Доказали ли авторы, выбрав заголовок и подобрав текст, тесную связь человека и животных?) Человек - духовное существо • В чём проявляется духовная жизнь? Так что же, человек — животное? Конечно нет. Человек — единственный вид, который интересуется своим прошлым и мечтает о будущем. Животное может жертвовать собой ради жизни своего детёныша, поскольку природа заложила в него и такую программу поведения. Человек же по собственной воле может отдавать жизнь за свой народ. Даже обезьяна способна думать. Но только человек может осознавать саму свою способность мыслить. Именно эта способность — главная черта разума. Не случайно люди изобрели философию. Животное может показать своему детёнышу, как надо себя вести в конкретных обстоятельствах, но не может научить тому, с чем оно никогда не сталкивалось. Человек же благодаря речи готовит своего ребёнка к ситуации, с которой тот может встретиться в будущем. Поведение животного обусловлено врождёнными программами и обстоятельствами. Главное, что ограничивает свободу выбора человека, - совесть. Именно в силу этого человек — единственное существо, которое задумывается о последствиях своих действий. Только человек способен осознать свою глубокую связь с природой и позаботиться о ней. Экологическое мышление постепенно занимает одно из ведущих мест во всех сферах человеческой деятельности. Духовная жизнь людей — продолжение их общественной и социальной природы. Познанием духовной сферы человека занимаются искусство, религия, гуманитарные науки. Об этом вы узнаете на уроках по другим предметам. В здоровом теле - здоровый дух • Зачем духовному существу заботиться о телесном? Зачем духовному существу думать о телесном? Даже самый возвышенный полёт духа требует для своей реализации заботы о теле. Человека надо кормить, поить, а при необходимости 12 Введение лечить — каждый на собственном опыте знает, как ограничивает наши возможности даже обычный насморк. Таким образом, научившись поддерживать своё тело здоровым, мы будем иметь больше возможностей для богатой, разносторонней духовной жизни. Называя человека биосоциальным существом, мы подчеркиваем в нём неразрывную связь духовного и телесного. Тело человека — творение природы; оно обладает всеми свойствами тела животного и поэтому изучается комплексом естественных наук о человеке. Наука Предмет исследования Анатомия Строение организма и его частей Физиология Функции организма и его частей Психология Психические процессы и свойства личности Гигиена Условия для сохранения здоровья Именно с достижениями этих наук мы будем знакомиться на страницах этого учебника. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Благодаря количественным и качественным особенностям развития мозга человек существенно отличается от других биологических видов: он обладает разумом и речью, ему свойственны абстрактное мышление и способность отвечать за свои поступки. Нормальное развитие этих свойств невозможно вне человеческого общества. Человек обладает наибольшей независимостью от природных условий. Биосоциальное существо, анатомия, физиология, гигиена. Рудименты, атавизмы ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какие черты роднят человека с животными? 2. • Что такое рудименты и атавизмы? О чём свидетельствует их наличие? 3. • Чем человек отличается от животных? 4. • Что обозначают термином «биосоциальное существо»? 5. • Можно ли с помощью только естественных наук познать сущность человека? 6. • Все ли черты, свойства, признаки поведения разумного существа разумны, целе- сообразны и гуманны? 7. • Какие повадки и свойства живых существ присущи человеку? Какие черты разумно- го существа отличают нас от всех представителей животного мира? 8. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. Глава 1. Структура и функции человеческого тела 13 Часть 1. ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ Глава 1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ТЕЛА Изучая эту главу, вы научитесь: объяснять с точки зрения биологии основные черты строения человека как многоклеточного организма, без чего невозможно разобраться в особенностях его жизнедеятельности. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - выделять основные функции организма (питание, дыхание, выделение, транспорт веществ, раздражимость, рост, развитие, размножение) и объяснять их роль в его жизнедеятельности; - характеризовать особенности строения и жизнедеятельности клетки; - объяснять биологический смысл разделения органов и их функций. Проверьте себя: • Найдите соответствие между термином и его определением: Клетка система клеток, сходных по происхождению, строению и функциям в организме и их межклеточное вещество Орган элементарная живая система, основа строения и жизнедеятельности всех живых организмов Ткань часть тела, образованная различными тканями и действующая как единое целое при выполнении сложной функции 14 Глава 1. Структура и функции человеческого тела § 2. Организм - единое целое ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Организм состоит из систем органов. Факт 2. Организм - целое, и подразделение его на части условно. • В чём справедливость каждого из этих взглядов? Предложите основной вопрос урока и в случае необходимости сравните с вопросом авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие главные задачи стоят перед живым организмом? (7 класс, § 4) • Что обеспечивает связь организма со средой? (5-7 классы) • Какие основные системы органов млекопитающих вы помните? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Организм и орган • Как связаны органы и функции организма? Эти слова однокоренные и происходят от греческого слова organon— инструмент. А почему именно этот корень лёг в основу слова «организм»? Ещё Аристотель задавался вопросом, ради чего существует орган, и отвечал на него так: «Ради выполнения определённой функции». И это правда: любой орган, маленький или большой, имеет специальное назначение и приспособлен к выполнению определённой работы - функции. Гораздо проще понять назначение органов, если прослеживать шаг за шагом осуществление организмом отдельных функций. Всякую ключевую функцию в наптем организме 2.1. Аристотель выполняет не один орган, а целая система органов. Дело в том, что работа, порученная природой этим структурам, очень сложна. И они выполняют её поэтапно, причём на каждом этапе трудится «мастер своего дела». Рассмотрим относительно простую задачу — создание стула. Его можно сделать с помощью одного только топора, но эта работа займёт много времени, да и стул будет неказист и непрочен. Но если мы воспользуемся сначала пилой, а затем рубанком, стамеской и молотком, изделие будет прочнее и привлекательнее. Если же мы захотим украсить наш стул, то нам потребуются ещё и инструменты для резьбы по дереву. § 2. Организм - единое целое 15 Точно так же в процессе эволюции вслед за усложнением задачи совершенствуется и аппарат, её выполняющий. Например, если бы мы питались только жидкой пищей, нам не нужны были бы зубы и такой длинный кишечник. Но наша еда содержит много твёрдых веществ, которые необходимо измельчать на входе в организм, поэтому требуются новые приспособления — зубы. Несколько органов образуют систему органов — созданный эволюцией инструментарий, необходимый для выполнения той или иной работы. В системе органов каждый «инструмент» (орган) занимает строго отведённое ему место и выполняет всегда одну и ту же работу так искусно, что «дело мастера боится». Создаём условия для работы • Как связаны исполнительные системы с системами жизнеобеспечения? При строительстве завода умный проектировщик думает не только о том, какие станки необходимо приобрести, но и о том, где рабочие будут жить, отдыхать, покупать продукты, где будут учиться их дети. Рабочего нужно максимально освободить от всех проблем, связанных с его насущными потребностями, тогда он всю свою освободившуюся энергию направит на профессиональную деятельность. Поэтому рядом с заводскими корпусами строят жилые кварталы, школы и детские сады, поликлиники и больницы, магазины и кинотеатры. Каждое из этих учреждений и предприятий берёт на себя заботу об обеспечении какой-нибудь жизненно важной функции — снабжения людей продуктами, их защиты, лечения и т.д. Точно так же в процессе эволюции в Для вентиляции мешкообразных лёгких амфибиям достаточно движений дна ротовой полости. У человека лёгкие устроены намного сложнее, поэтому для их вентиляции необходимы движения рёбер и создана диафрагма - специальная куполообразная мышечная перегородка. 2.2. Механизм вентиляции лёгких 16 Глава 1. Структура и функции человеческого тела организме одновременно с совершенствованием какого-либо органа начинают развиваться системы его «жизнеобеспечения». Так, с усложнением строения лёгких развиваются их кровоснабжение, воздухоносные пути с системой прогрева и очистки поступающего воздуха и т.д. Система органов становится всё сложнее. Каждая система органов выполняет свою функцию • Сколько основных систем органов имеет человек и чем они заняты? Какие основные задачи стоят перед организмом человека? Какие системы органов их решают? Ответив на эти вопросы, мы «составим список» основных функций организма человека. Вспомним план строения млекопитающих на примере человека. Человек — наземное существо. Вы, наверное, помните, что жители суши сталкиваются с двумя очень серьёзными проблемами. Во-первых, им приходится противостоять силе тяжести в воздушной среде с её низкой плотностью. Во-вторых, противодействовать постоянной потере воды, которая необходима им для жизни. 2.3. Кожа препятствует потере воды, защищает организм от внешних воздействий, противостоит атакам множества «любителей поживиться за чужой счёт» 2.4. Заботу о переработке пищи и извлечении из неё необходимых питательных веществ взяла на себя пищеварительная система Для чего необходимы питательные вещества? § 2. Организм - единое целое 17 2.6. Мускулатура Внутренний скелет позволяет сохранять форму тела и сл^ит опорой для мышц человеческого тела. Вместе они образуют опорно-двигательную систему. 2.7. Дыхательная система обеспечивает организм кислородом, необходимым для жизнедеятельности, и выводит из организма углекислый газ Зачем надо дышать? 2.8. Питательные вещества и кислород доставляет во все уголки организма главная транспортная система - кровеносная. Она же обеспечивает отток тепла от тех органов, которые его выделяют, к тем, которым не хватает тепла, и участвует в осуществлении многих других функций организма 18 Глава 1. Структура и функции человеческого тела 2.9. Для клеток, составляющих тело человека, огромное значение имеет химический состав окружающей их жидкости. Строго определённое соотношение различных веществ, растворённых в межклеточной жидкости, регулируется выделительной системой • Зачем нужна выделительная функция? 2.10. Эндокринная система 2.11. Нервная система Эндокринная и нервная системы - главные управляющие системы организма, связывающие его в единое целое. • Зачем нужны транспортные и управляющие системы? 2.12. Об изменениях во внешней среде управляющим системам сообщают органы чувств 2.13. Благодаря репродуктивной системе сохраняется и воспроизводится вид «человек разумный» § 2. Организм - единое целое 19 Мастер на все руки • Система органов - «каждый о своём». А кто же мастер «на все руки»? Не надо забывать, что анатомы «разделили» тело человека на отдельные системы органов только для того, чтобы было немного легче разобраться в том, как они работают. Но любой организм - не набор отдельных органов, он — един. Это значит, что разделение на органы и системы — условно и в выполнении каждой из функций принимает участие не только та система, которая преимущественно приспособлена к её осуществлению, но и многие другие. Например, к дыхательной системе относят лёгкие и воздухоносные пути. Но процесс дыхания невозможен и без опорно-двигательной системы, которая обеспечивает смену воздуха в лёгких, и без кровеносной системы, которая транспортирует газы к клеткам, и без нервной системы, которая управляет процессом дыхания, и без многих других. Про организм как объединение систем органов можно по праву сказать: «Мастер на все руки». ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Организм - единое целое. Поэтому он состоит из систем органов, но не сводится к их сумме. Системы органов: покровная, опорно-двигательная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная, выделительная, эндокринная, нервная, репродуктивная, органы чувств ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Из каких систем органов состоит организм? Какова их функция? 2. • Посредством чего обеспечивается целостность организма? 3. • Какие факторы могут нарушить целостность организма? 4. • Приведите примеры последствий таких нарушений. 5. • Поработайте в паре: пусть один называет систему органов, а второй - её функцию, затем точно так же попробуйте разобрать и органы, из которых состоит каждая система. 20 Глава 1. Структура и функции человеческого тела § 3. Клетки и ткани: «строительные материалы» ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Каждый орган выполняет свою функцию. Факт 2. Для выполнения своей функции орган имеет систему собственного жизнеобеспечения. Он должен быть управляем, обеспечен энергией, отделён от других органов и связан с ними одновременно. • На какие размышления наводят эти факты? Насколько элементарно строение органа? Предложите свой вариант вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое орган? (5-7 класс) • Что такое ткань? (5, 7 класс) • Что такое образовательные ткани растений? (5 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Клетки тела человека чрезвычайно разнообразны по размерам, форме и функциям. Кроме того, они в высшей степени «общительны». Клетки живут благодаря объединению в «сообщества» и разделению труда. Поведение каждой из них согласовано с поведением окружащих её клеток. Они общаются, подают друг другу сигналы, вступают в контакты. Межклеточные взаимодействия определяют пространственное строение многоклеточных организмов. У каждой клетки - своя «профессия» • Для чего предназначены разные типы клеток? Чем отличаются стволовые клетки? Многоклеточность позволила избавить отдельные клетки от необходимости бороться за существование — добывать пищу, защищаться. Они получили возможность «приобрести профессию» — значительно развить определённое полезное свойство, в той или иной степени присущее всем клеткам, и взять на себя функцию, важную для всего организма в целом. Такая клетка называется дифференцированной. Например, большинство клеток способно изменить свои размеры — сократиться или вытянуться, но у дифференцированной мышечной клетки эта способность необыкновенно развита. В ней есть и специальные «усовершенствованные приспособления», например длинные белковые нити, способные значительно изменять длину клетки, и множество митохондрий, поставляющих энергию для этого сократительного аппарата. § 3. Клетки и ткани: «строительные материалы» 21 3.1. «Профессия» клетки определяет её форму, строение, обмен веществ Клетки одной «специальности», как правило, имеют одинаковое происхождение, они все — потомки клеток определённого участка зародыша. Дифференцированная клетка часто теряет способность делиться. У мышечных клеток, например, делению мешают белковые нити, заполняющие цитоплазму. Поэтому в любой части организма, где постоянно возникает нужда в новых клетках, есть недифференцированные клетки, обладающие способностью к неограниченному делению. Они называются стволовыми. Стволовые клетки — это клетки, способные неограниченно делиться и давать потомство, часть которого дифференцируется, а часть продолжает делиться. У растений аналогичные клетки, способные к делению, называют камбием. Сила в единстве • Какие клетки объединяются в ткань? Из каких типов тканей состоит тело человека? В организме клетки разных типов размещены строго упорядоченным способом, благодаря чему тело имеет определённую форму. Клетки образуют различные по функциям группы. Группу клеток вместе с их межклеточным веществом, имеющих одинаковую специализацию, одинаковое происхождение и сходных по строению, принято называть тканью. У человека выделяют четыре основных типа тканей: покровную, или эпителиальную, нервную, мышечную и соединительную. В таблице 1 приведены главные черты и свойства каждой из этих тканей. 3.2. Происхождение клеток разных «специальностей» в зародыше человека: а - зачаток печени; б - поджелудочная железа 22 Глава 1. Структура и функции человеческого тела Типы тканей Таблица 1 Тип ткани. Где встречается Основные свойства Функция Эпителиальная. Покрывает поверхность тела и выстилает внутренние полости организма и органов, образует железы внутренней и внешней секреции Плотно сомкнутые клетки, мало межклеточного вещества, способность к регенерации Служит препятствием для вредных веществ, микроорганизмов, механических воздействий и защищает лежащие под ней ткани. Железистый эпителий содержит клетки, вырабатывающие биологически активные вещества Мышечная. Скелетные мышцы, сердце, стенки внутренних органов Вытянутые вдоль продольной оси клетки с очень развитой способностью к сокращению Обеспечивает движение организма и отдельных органов Нервная. Практически во всех органах Способна к проведению электрических сигналов Управление организмом Соединительная К этому типу относятся очень разнообразные по строению ткани - твёрдые, упругие, жидкие и т.д. с очень обширным межклеточным веществом. Их основная общая функция - осуществление связи между органами Механические свойства тканей часто обусловлены не свойствами клеток, а теми веществами, которые эти клетки выделяют в межклеточное пространство. Ткани бывают твёрдые (костная), упругие (хрящевая), жидкие (кровь). Межклеточное вещество создаёт каркас, внутри которого клетки могут передвигаться и взаимодействовать друг с другом. В тех тканях, где межклеточное вещество укреплено упругими ил и твёрдыми веществами, именно оно (а не клетки) принимает на себя большую часть нагрузок, которым подвергается ткань. • Подумайте, без каких типов тканей не может обойтись ни один орган. Не всегда клетки одной ткани образуют компактные группы, некоторые из них (например, клетки крови) путешествуют по всему организму. Клетки нуждаются в питательных веществах и кислороде, они должны избавляться от отходов, получать координирующие команды. Кровеносные сосуды («система снабжения») и нервы («система связи») пронизывают все ткани организма. § 3. Клетки и ткани: «строительные материалы» 23 Эпителиальные ткани (эпителий) Железистый Призматический Ресничный Мышечные ткани Поперечно-полосатая Гладкая Скелетная Сердечная Клетка нервной ткани Кость Соединительные ткани Хрящ Кровь 3.3. Типы тканей Эпителий бывает не только однослойным, но и многослойным. 24 Глава 1. Структура и функции человеческого тела Органы состоят из различных тканей • В чём биологический смысл объединения тканей в орган? Ткани — основной строительный материал организма. Рассмотрим на примере желудка, как из разных типов тканей строится орган. Задачи желудка — переваривание и перемешивание пищи, продвижение её дальше по пищеварительному тракту. Изнутри стенка желудка выстлана эпителиальной тканью. Она защищает остальные ткани органа от механических повреждений, микроорганизмов и вредных веществ, попадающих в желудок с пищей. Так как для переваривания пищи необходимы специальные химические вещества, эпителий желудка содержит клетки-железы, которые синтезируют эти вещества и выделяют их в полость органа. Снаружи желудок покрыт оболочкой из плотной соединительной ткани. Она укрепляет стенку органа. Кроме того, упругие листки соединительной ткани, окружающей желудок, прикреплены к стенке брюшной полости. Выходит, что желудок подвешен в полости тела в «люльке» из соединительной ткани, поэтому он не падает и почти не сдвигается при наклонах. Между эпителием и соединительнотканной оболочкой лежат три мощных слоя мышечной ткани. Сокращаясь, они обеспечивают перемешивание и продвижение пищи. Стенки желудка пронизаны кровеносными сосудами, по которым течёт жидкая соединительная ткань — кровь, и волокнами нервной ткани. Кровь снабжает клетки желудка кислородом и питательными веществами. По нервам сигналы идут от желудка к нервным центрам, а к желудку поступают управляющие команды нервной системы. Итак, некоторые ткани органа обеспечивают выполнение специ фиче-ской для него функции. В желудке — это ткани желёз и мышц. Другие ткани обеспечивают питание органа и управление им. Они обеспечивают связь и координацию деятельности всех органов, объединяют их в целостный организм. 3.4. Ткани желудка • Почему в стенке желудка мышечный слой значительно толще, чем в стенке кишечника? § 3. Клетки и ткани: «строительные материалы» 25 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Органы состоят из нескольких типов тканей. Ткань - это группа клеток, сходных по строению, имеющих одинаковую специализацию и происхождение, вместе с их межклеточным веществом. Ткани: эпителиальная, мышечная, нервная, соединительная ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое ткань? 2. • Какие типы тканей выделяют в человеческом организме? 3. • Каково общее строение органа? 4. • Почему медицина считает одной из важнейших своих задач изучение стволовых клеток? 5. • Почему раздел параграфа о строении тканей называется «Сила в единстве»? 6. • Каков биологический смысл отделения органов друг от друга? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Знакомство с препаратами клеток и тканей Рассмотрите под микроскопом и зарисуйте готовые препараты клеток и тканей человека. Какие органеллы клеток вам удалось увидеть на препарате? Обратите внимание на сходства и отличия в строении разных тканей, попробуйте на основе известных вам главных черт разных типов тканей отнести зафиксированные на препаратах ткани к тому или иному типу. 26 Глава 1. Структура и функции человеческого тела § 4-5. Органические вещества -«универсальный конструктор» ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Каждый вид организмов содержит уникальный набор органических веществ. Факт 2. Животное должно получать необходимые для жизни вещества из пищи. • В чём состоит противоречие? Предложите свой вариант основного вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое живая и неживая природа? (5 класс) • Что вы знаете об атомах и молекулах? (Химия) • Каковы свойства живых организмов? (5, 7 класс) • Из каких частей состоит клетка? (6-7 классы) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Из чего построены живые организмы? Из клеток, скажете вы. Верно, но клетки сами по себе уже достаточно сложные живые системы. А из чего построены клетки? В их состав входят два больших класса веществ — неорганические и органические. Четыре основных вида атомов в живой природе • Из каких химических элементов в основном состоят организмы? На Земле существует около ста разновидностей мельчайших частиц вещества — атомов. В состав живой клетки входит более 50 из них, но 99% общей массы клетки приходится на долю всего четырёх видов атомов - углерода, водорода, кислорода и азота. Из курса химии вы узнаете, что из тех же атомов состоят многие вещества. Например, газированная вода. Но она совершенно непохожа ни на растение, ни на животное оттого, что строение органических веществ существенно отличается от строения веществ неживой природы. Основу органических веществ составляют углерод и водород. Атом углерода может образовать связи с четырьмя другими атомами, а атом углерода — с одним. 4.1. Атомы углерода и водорода • Постройте несколько молекул из атомов углерода и водорода. § 4-5. Органические вещества - «универсальный конструктор» 27 Из этих двух видов атомов построен «скелет» любого органического соединения. Связываясь друг с другом, атомы углерода формируют длинные цепи и кольца, в результате чего образуются большие и сложные молекулы. Никакой другой вид атомов в условиях климата Земли не может формировать структуры, столь разнообразные по размерам и форме. Именно соединения углерода с четырьмя связями образуют группу органических веществ. Впервые такого рода вещества были выделены из живых организмов. Отсюда и их название. Органические молекулы — это и строительные блоки, из которых построены клетки, и транспорт, и передатчики сигналов, и хранители запаса энергии. Так же как и орган тела или органелла клетки, каждая молекула — мастер своего дела и выполняет в организме строго определённую работу. Молекулярный «алфавит» • Постарайтесь объяснить, что означает название рубрики, выскажите предположение. • Чтобы проверить своё предположение, прочитайте текст, ведя диалог с авторами: В - задайте вопрос к тексту; О - предположите ответ; П - проверьте себя по тексту • После чтения текста сравните своё предположение с текстом и сделайте вывод по проблеме параграфа. Живой организм состоит из огромного количества самых разнообразных органических соединений. В (Вспомните каких.) Например, в организме человека число различных молекул только одного класса — белков — составляет десятки тысяч. Кроме того, как правило, молекулы органических соединений имеют очень большие размеры. Неужели необходимая клетке молекула каждый раз собирается из отдельных атомов углерода, водорода и других? Синтезировать органические вещества из неорганических, как вы знаете, умеют только растения. Но как же тогда могут существовать животные? О (Предположите свою версию.) Оказывается, все органические молекулы живых организмов состоят из небольших молекулярных блоков нескольких типов. В (Что означает словосочетание молекулярный блок?) Как в детском конструкторе из нескольких типов деталей можно собрать и вертолёт, и куклу, так молекулярные блоки 4.2. Примеры блочных конструкций Если бы нам были известны все законы и правила построения живого организма, мы могли бы собрать из молекулярных блоков и бактерию, и человека. 28 Глава 1. Структура и функции человеческого тела связываются в длинные цепи (от нескольких десятков до нескольких тысяч блоков) и образуют всё многообразие органических веществ. О (Вы так и думали?) Но самое главное — эти небольшие строительные блоки универсальны для всех живых существ. Именно поэтому одни живые организмы могут поедать другие — в процессе пищеварения они «разбирают» сложные молекулы съеденного существа на молекулярные блоки, а затем создают из них свои молекулы. Познакомимся с основными классами органических веществ: белками, нуклеиновыми кислотами, липидами и углеводами. П (Стало ли понятно название рубрики? Или вы дали бы другое название? А решение проблемы параграфа?) «Важнейшие» молекулы • Почему белки - главные? Другое название белков — протеины, что в переводе с греческого означает «первые» или «важнейшие». Это наиболее многочисленные и разнообразные по строению органические молекулы. А построены они всего из 20 видов небольших молекулярных блоков — аминокислот. Подобно тому как из 33 букв русского алфавита составлено огромное количество слов, из 20 аминокислот в живых организмах собирается огромное число молекул белков. Разнообразное строение молекул белков определяет и большое количество выполняемых ими функций. Белки — главные «менеджеры» и исполнители всех видов необходимой работы, а кроме того, и строительный материал организма животного. Белки входят в состав клеточной мембраны, создают защитный «чехол» для ДНК. Компоненты костной и хрящевой тканей — белки коллаген и эластин — придают им прочность. Благодаря способности сократительных белков изменять длину мышечных клеток, используя химическую энергию, мы можем двигаться. 4.3. Структуры белка: А - первичная; Б - вторичная; В - третичная; Г - четвертичная Молекулы белков имеют сложную пространственную организацию (рис. 4.3). Аминокислотная цепочка (А) изгибается и складывается определённым образом (Б), иногда потом ещё скручивается в клубок (В). Клубки сцепляются друг с другом (Г) - получается огромная молекула со сложным пространственным строением. § 4-5. Органические вещества - «универсальный конструктор» 29 Химические реакции проходят быстрее при высокой температуре. Но температура тела человека невелика. И важнейшая функция по ускорению химических реакций в организме возложена на белки — ферменты. Практически каждая из множества разнообразных реакций, протекающих в клетке, требует участия специфического фермента, и поэтому их число в нашем организме огромно. Наибольшую активность они проявляют при температуре от +36,0 °С до +37,0 °С. Белки запускают и регулируют многие физиологические процессы, такие, как рост, половое созревание, умственное развитие. В крови и других жидкостях организма содержатся белки, которые убивают микробов или обезвреживают их, то есть защищают организм. Белок крови — гемоглобин — выполняет транспортную функцию. Он переносит кислород. Белки можно использовать и как источник энергии. Но это не выгодно — энергии получается не так много, а расходуемое вещество очень ценно. Поэтому белки используются организмом для энергетических нужд только в крайних случаях, когда исчерпаны запасы других источников энергии — жиров и углеводов. Нуклеиновые кислоты - хранители информации • На чём записана информация? Почему ДНК - большая молекула, состоящая из чередования всего четырёх типов нуклеотидов? Роль белков в жизни каждого организма так велика, что, как оказалось, именно характерный набор белков определяет его строение и свойства. «Комплект» белковых молекул для каждого из нас индивидуален. Именно информация о составе такого «комплекта» наиболее важна для каждого живого организма. Она передаётся по наследству и записана в молекулах вещества с уже знакомым вам названием дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), относящегося к классу нуклеиновых кислот. Эти молекулы (рис. 4.4) представляют собой цепочки, включающие от нескольких десятков до многих тысяч звеньев — нуклеотидов. Существует всего четыре типа нуклеотидов, но различное чередование в цепочке и небольшого числа типов блоков может образовать бесконечное множество вариантов молекул, если нанизать их друг за другом, как бусинки. Можно сказать, что ДНК - это полученная от родителей программа развития клетки, а другие молекулы нуклеиновых кислот и белки — это «рабочие», претворяющие программу в жизнь. 4.4. Строение молекулы ДНК 30 Глава 1. Структура и функции человеческого тела В различных типах клеток синтезируются разные наборы белков, которые определяют свойства и функции клетки. Клетки — универсальные строительные блоки организма, поэтому их особенности определяют свойства органов и тканей, а следовательно, и всего организма в целом. Другие вещества этого класса — рибонуклеиновые кислоты (РНК) — играют важнейшую роль в «сборке» молекул белков. Основа клеточных мембран • Какие особенности липидов позволяют их использовать в качестве строительного материала для мембран? Липиды - это разнообразные по строению жиры и жироподобные вещества. Их молекулы собраны из органических кислот, которые так и называются — жирные кислоты. Главная общая черта липидов — они не смачиваются водой. Молекулы липидов и воды как бы «отталкиваются» друг от друга. С этим свойством мы сталкиваемся каждый день, наблюдая, как капли воды ведут себя на поверхности, покрытой жиром. Водоотталкивающие свойства коже человека придают смазывающие её жиры. Липиды нерастворимы в воде и не вымываются из клеток, а в химических связях их молекул сосредоточено большое количество энергии. Эти свойства позволяют использовать липиды для создания запасов энергии в клетке. Значительные запасы жира в организме человека создаются в основном под кожей и между внутренними органами. Это не только энергетический запас, но и мягкие и вязкие «подушки», которые оберегают внутренние органы от механических повреждений. Кроме того, низкая теплопроводность жира делает подкожный жировой слой прекрасным теплоизолятором, предохраняющим организм от переохлаждения. 4.6. Защита от переохлаждения В клетке роль липидов очень велика. • Какое свойство жиров пред- Липидная плёнка — °снова всех клет°ч- охраняет купальщика от пере- ных мембран, которые являются строи-охлаждения? тельным материалом для органелл. 4.5. Капли на жирной и смачиваемой поверхности • Какая из этих капель находится на смазанной жиром поверхности? Почему вы так решили? § 4-5. Органические вещества - «универсальный конструктор» 31 Основной источник энергии • Из чего сделаны энергоносители? Процессы роста и поддержания жизни требуют затрат энергии. Наряду с жирами существует другой источник энергии для организма — глюкоза, вещество из класса углеводов. Среди углеводов есть вещества как с маленькими молекулами (простые сахара), так и с большими (сложные сахара). Простые сахара: глюкоза и фруктоза - бесцветные твёрдые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, обычно сладкие на вкус. Именно они придают сладость фруктам и ягодам. Молекула обычного пищевого сахара (сахарозы) состоит из двух звеньев — глюкозы и фруктозы. А вот знакомый вам из курса ботаники крахмал и гликоген (животный крахмал) имеют очень большие разветвлённые молекулы. Они состоят из сотен тысяч и даже миллионов молекул глюкозы, соединённых между собой различными способами. Химический состав продуктов, % Таблица 2 Продукт Белки Жиры Углеводы Вода Другие вещества Хлеб ржаной 6,5 1,0 40,1 47,5 4,9 Хлеб пшеничный 7,6 0,9 49,7 39,5 2,3 Крупа гречневая 12,6 2,6 68,0 14,0 2,8 Сахар-рафинад - - 99,8 0,1 0,1 Масло сливочное 0,6 82,5 0,9 15,8 0,2 Масло подсолнечное - 99,9 - 0,1 - Мясо 18,9 12,4 - 67,7 1 Молоко 2,8 3,2 4,7 88,5 0,8 Кефир 2,8 3,2 4,1 88,8 1,1 Мороженое 3,2 15,0 20,8 60,0 1 Рыба 26,0 1,2 - 69,4 3,4 Картофель 2,0 0,1 19,7 75,0 3,2 Морковь 1,3 0,1 7,0 88,5 3,1 Яблоки 0,4 - 11,3 86,5 1,8 Апельсины 0,9 - 8,4 87,5 3,2 Грибы белые 3,2 0,7 1,6 89,9 5 • Из каких продуктов мы в основном получаем белки, жиры и углеводы? В чём главные отличия растительной и животной пищи? 32 Глава 1. Структура и функции человеческого тела В клетке глюкоза окисляется, «сгорает» с выделением энергии, превращаясь в углекислый газ и воду. В клетках печени и мышц глюкоза может запасаться в виде гликогена. Подобно липидам, он плохо растворяется в воде и при хранении не вымывается из клеток. Но в отличие от липидов гликоген под действием ферментов легко расщепляется на отдельные растворимые в воде молекулы глюкозы, которые затем доставляются кровью к органам. Таким образом энергия, запасённая в виде гликогена, может быть использована очень оперативно. Зато при расщеплении липидов энергии выделяется вдвое больше, и организм использует их в качестве стратегических запасов. 4.7. Молекулы крахмала - Б и гликогена - В состоят из множества простых сахаров - А Удивительное вещество - вода • Можно ли назвать воду основой жизни? Много сотен миллионов лет назад в океане возникла жизнь. Прошли опять-таки миллионы лет, прежде чем живые организмы решились выйти на сушу. Водный раствор различных веществ, окружающий клетки, в котором протекают все необходимые для жизни процессы, это — «море внутри нас». Почему прошли многие миллионы лет, а все организмы по-прежнему вынуждены «носить в себе капельку моря»? Всё дело в том, что органические молекулы могут взаимодействовать только в воде, которая обладает многими уникальными свойствами. Вода — отличный растворитель, значительно лучший, чем большинство других жидкостей. В ней растворяется значительная часть солей, газов, органических соединений. Все химические реакции в живом организме идут в растворе. В воде растворяются отходы, от которых необходимо избавиться. Большое количество воды в клетках придаёт им упругость, позволяет противостоять механическим воздействиям. Вода обладает способностью поглощать значительное количество тепла при переходе из жидкого состояния в газообразное. Это даёт воз- § 4-5. Органические вещества - «универсальный конструктор» 33 можность организму освобождаться от избытка тепла путём испарения воды, например при потении. Наконец, вода служит основой смазочных материалов, необходимых везде, где один орган трётся о поверхность другого, например в суставах. Но мы говорили о «море», а морская вода содержит минеральные соли. В жидкостях тела, нашем «внутреннем море», тоже растворены минеральные соли, примерно те же, что и в морской воде, но в меньших количествах. В нормальных условиях содержание различных солей в жидкостях тела чрезвычайно постоянно, так как отклонение от нормы может привести к негативным последствиям, а иногда и к смерти. В организме человека используются и нерастворимые соли, например, как структурные компоненты костей и зубов для придания им жёсткости. 4.8. Человек на 70%о состоит из воды • Отчего тело человека не «расплывается», как наполненный водой воздушный шарик? ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Все самые крупные на свете молекулы синтезируются только живыми организмами. Важнейшие классы органических веществ: белки, липиды, нуклеиновые кислоты, углеводы. Строение молекул веществ, особенно белков, очень разнообразно. В организме они «собираются» путём комбинирования в разных сочетаниях небольшого количества молекулярных блоков, свойственных каждому из этих классов. Белки, липиды, углеводы, ДНК, вода ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какие группы органических веществ входят в состав клетки? 2. • Какую роль играют различные группы органических веществ? 3. • Почему вода составляет основу вещества клеток? 4. • Что означает фраза: «Все ферменты - белки, но не все белки - ферменты»? 5. • Придумайте код, с помощью которого можно зашифровать информацию в длинной последовательности букв, причём для создания кода можно использовать только четыре буквы (а, б, в, г). 6. • Почему существуют проблемы борьбы с ожирением, но не существует проблемы борьбы с избытком гликогена? 7. • Почему дети так любят сладкое? 8. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 34 Глава 1. Структура и функции человеческого тела § 6. Разделение труда в клетке -основа её жизнедеятельности ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. В клетке идёт множество химических реакций. Факт2. Разнонаправленные химические процессы мешают друг другу (конкурируют). • В чём состоит противоречие? Предложите свой вариант вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое клетка? (5-7 классы) • Что вы знаете о растительных и животных клетках? (5-7 классы) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Как устроены и какие функции выполняют разные органеллы в клетке? • Что общего в работе машины и организма? От окружающей организм неживой природы живая клетка отличается прежде всего тем, что она построена из очень больших и сложных молекул. Эти молекулы настолько своеобразны, что, встретив их среди неживого вещества, мы всегда можем с уверенностью сказать, что это остатки некогда живых клеток. В клетке эти органические молекулы образуют систему, которая может 6.1. Строение животной клетки: 1 - цито- „„г- __ „ ______ добывать энергию и строитель- плазматическая мембрана; 2 - ядро; 3 - ^ ^ эндоплазматическая сеть; 4 - рибосомы; ные материалы из окружающей 5 - митохондрии; 6 - аппарат Гольджи среды. Цитоплазма - внутренняя среда клетки Клеточная мембрана отделяет от внешней среды цитоплазму, включающую основную жидкую составляющую клетки — гиалоплазму, органеллы и включения. Гиалоплазма — водный раствор неорганических и органических веществ. В нём протекают химические реакции, располагаются и взаимодействуют между собой внутренние структу- § 6. Разделение труда в клетке - основа её жизнедеятельности 35 ры клетки. Цитоплазма постоянно движется, и с её током различные вещества перемещаются из одной части клетки в другую. В цитоплазме белки, липиды, углеводы могут накапливаться в виде зёрен, кристаллов, капелек. Клеточная мембрана ограничивает клетку и поддерживает её химический состав Клеточная мембрана отделяет внутреннее содержимое одной клетки от других. Основу мембраны составляет двойной слой липидов. Подобно масляной плёнке на поверхности воды, она не жесткая, а текучая, легко прогибающаяся, растягивающаяся, меняющая свою форму. Через мембрану свободно проходят вещества, растворимые в масле, а также маленькие незаряжённые молекулы кислорода, углекислого газа, воды. А вот для большинства веществ, растворимых в воде, например сахара и соли, мембрана практически непроницаема, поэтому химическая среда внутри клетки отличается от наружной. Так как некоторые сахара и соли очень нужны клетке, в мембране существуют «контрольно-пропускные пункты». Молекулы специальных белков «пропускают» в клетку необходимые ей вещества, но преграждают путь ненужным, чем обеспечивают избирательную проницательность мембраны клетки. Это очень важное свойство, и его отсутствие свидетельствует о гибели клетки. Живая клетка взаимодействует с окружающими её клетками. Белковые молекулы мембраны умеют «распознавать» различные химические вещества, служащие разнообразными сигналами, и позволяют клеткам «узнавать» друг друга. ' Объясните, какова роль липидов и белков в функционировании мембраны. 36 Глава 1. Структура и функции человеческого тела 6.3. Транспорт крупных молекул через мембрану Для чего в клетке используются эндоцитоз и экзоцитоз? Очень крупные молекулы не могут проникнуть в клетку через «контрольно-пропускные пункты», однако значительная часть клеток может и поглощать их, и выделять синтезированные внутри клетки большие молекулы в межклеточную жидкость. Чтобы выделить какое-либо вещество наружу, клетки упаковывают его в специальные пузырьки. Затем эти пузырьки сливаются с мембраной и открываются во внеклеточное пространство, высвобождая вещество. Этот процесс называется экзоцитозом. Сходный механизм, но в обратной последовательности — эндоцитоз — клетки используют для захвата частиц из окружающей среды. Если клетка поглощает жидкость и растворённые вещества с помощью небольших пузырьков, процесс называется пиноцитозом, а если клетка поглощает большие частицы - фагоцитозом. Эндоплазматическая сеть - «фабрика клетки» и «сеть её дорог» Большая часть клетки заполнена системой внутренних мембран, сходных по своему строению с наружными. Часть из них свёрнута в многочисленные складки и образует замкнутые полости, не сообщающиеся с цитоплазмой. Эта система мембран называется эндоплазматической сетью (рис. 6.4). На её поверхности идёт «процесс сборки» необходимых клетке органических веществ. Чтобы он шёл в строго определённой последовательности, сборщики-ферменты располагаются в строгом порядке на мембране эндоплазматической сети, как рабочие у конвейера по сборке автомобилей. Собранные вещества перемещаются по каналам эндоплазматической сети в другие части клетки, где происходят их дальнейшие химические превращения. Эндоплазматическая сеть неоднородна, часть её поверхности гладкая, другая, особенно вблизи ядра, выглядит шероховатой. Эти две области так и называют - гладкая и шероховатая эндоплазматическая сеть. С поверхностью шероховатой эндоплазматической сети связаны тысячи крошечных телец -рибосом. Это - микроскопические тельца округлой формы. Основная функция всех рибосом - синтез белка. Это сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединён- § 6. Разделение труда в клетке - основа её жизнедеятельности 37 6.4. Эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи Как связаны функции эндоплазматической сети с её строением? ных рибосом. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на её мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспорта белков. Аппарат Гольджи - «склад» и «упаковочный цех» клетки В клетке есть ещё одна мембранная система — аппарат Гольджи. В отличие от эндоплазматической сети мембранные цистерны аппарата Гольджи непосредственно не соединены между собой. Их связь осуществляется с помощью транспортных пузырьков, которые отделяются от одной структуры и присоединяются к другой, передавая ей содержащиеся внутри вещества. В аппарате Гольджи молекулы, образовавшиеся в эндоплазматической сети, проходят дальнейшие химические превращения. Полученные вещества накапливаются, сортируются, а затем в виде крупных и мелких мембранных пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке для поддержки её жизнедеятельности, либо выводятся из неё с помощью экзоцитоза и поступают в другие клетки. Митохондрии - «силовые станции» клетки в цитоплазме расположены митохондрии — довольно крупные мешковидные органеллы, образованные двумя мембранами: внешней гладкой и внутренней складчатой (рис. 6.5). Складки — кристы — увеличивают поверхность внутренней мембраны. На ней размещаются ферменты, ускоряющие реакции окисления жиров и углеводов. При этом освобождается энергия. Она транспортируется во все части клетки универсальными переносчиками — молекулами АТФ (аденозин-трифос-форная кислота), поэтому митохондрии называют «силовыми станциями» клетки. В клетке они часто располагаются рядом с местами интенсивного потребления энергии, например около жгутиков и ресничек. Митохондрий много в тех клетках, где велики энергетические затраты, например в мышечных. 6.5. Митохондрия • Почему внутренняя мембрана митохондрий имеет складки? 38 Глава 1. Структура и функции человеческого тела У клеток есть скелет Если бы клетки были заполнены только вязкой жидкостью - цитоплазмой, они имели бы форму шара. Однако клетки нашего тела обычно имеют гораздо более сложную форму. Дело в том, что цитоплазма пронизана белковыми микротрубочками, которые позволяют клетке сохранять определённую форму, участвуют в перемещении клеточных органелл и движении клетки. Неудивительно, что комплекс микротрубочек называют цитоскелетом, опорно-двигательной системой клетки. Благодаря способности микротрубочек к быстрому распаду и сборке они легко перемещаются и формируют новые конструкции, что придаёт цитоскелету и клетке значительную гибкость. Ядро - хранилище наследственной информации Клеточное ядро — важнейшая часть клетки. Оно расположено в цитоплазме и имеет округлую или овальную форму. Ядро покрыто состоящей из двух мембран оболочкой, которая предохраняет его содержимое от повреждения частицами и крупными молекулами, работающими в цитоплазме. Ядерная оболочка пронизана порами. Через них происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Главная функция ядра - хранение и передача ДНК, в которой записана наследственная информация. «Химическая машина» Можно обнаружить интересную аналогию между организмом и машиной. Машина работает, а организм живёт, используя энергию (топливо) из внешнего источника. Организм поглощает из внешней среды необходимые для жизни компоненты — химические вещества. Именно из них он извлекает энергию и строит своё тело. В этом смысле организм можно считать «химической машиной». Машина будет работать, пока поддерживается постоянство её устройства. Например, паровоз совершает поступательное движение из пункта А в пункт Б за счёт того, что все его движущиеся детали вновь и вновь возвращаются в прежнее положение. Колесо делает круг, поршень доходит до упора и снова идёт обратно, то есть совершает возвратно-поступательное движение. Такое повторяющееся движение называется циклическим. Функционирование любого организма, в том числе и человека, тоже построено на циклических процессах и в этом смысле подобно машине. Кровь выходит из сердца, делает круг и возвращается в конце концов снова в сердце. Ходьбу обеспечивает возвратно-поступательное движение конечностей. Циклическими могут быть не только движения, но и химические процессы. Так, например, гемоглобин крови в лёгких присоединяет кис- § 6. Разделение труда в клетке - основа её жизнедеятельности 39 лород, чтобы отдать его в тка нях, и снова ста но вится способ ным при соединять кислород. Повторяющиеся процессы мы наблюдаем на разных уровнях живого. В биосфере и экосистеме это круговорот веществ. В жизнедеятельности организма — это циклы использования поглощённых веществ и выведения ненужных продуктов обмена вовне. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Жизнедеятельность клетки представляет собой сложную систему циклических процессов. Разграничение цитоплазмы мембранами позволяет осуществлять множество химических реакций одновременно. Каждая орга-нелла выполняет определённую функцию в жизнедеятельности клетки. Цитоплазма, клеточная мембрана, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, ядро ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Из каких частей состоит клетка? 2. • Как происходит «разделение труда» в клетке? 3. • Почему клетку можно назвать «химической машиной»? 4. • Зачем люди стремятся разделить помещение на части (квартиру - на комнаты, завод - на цеха и т.п.)? 5. • Почему клеточную мембрану называют универсальным строительным материалом клетки? 6. • Суммарная поверхность всех клеточных мембран во много раз превышает поверх- ность самой клетки. Какой в этом биологический смысл? 7. • Стратегические запасы энергии в организме создаются с помощью липидов, такти- ческие - с помощью глюкозы. Как вы думаете, почему внутриклеточным переносчиком энергии является АТФ? 8. • Поработайте в паре: пусть один называет органеллу клетки, а второй объясняет её функцию и роль в клетке. 40 Глава 1. Структура и функции человеческого тела § 7. Строение и функции человеческого тела. Повторение Вопросы для повторения 1. • Что отличает человека от растений? 2. • Что отличает человека от животных? 3. • Каково место человека в биологической системе? 4. • Почему духовная сущность человека не препятствует зоологии относить его к при- матам? 5. • Почему духовному человеку нельзя обойтись без тела? 6. • Как вы понимаете пословицу: «В здоровом теле - здоровый дух»? 7. • В чём смысл многоклеточности? Почему не бывает больших одноклеточных орга- низмов? 8. • Для чего нужно соподчинение структур организма: системы органов, органы, ткани, клетки, органеллы? 9. • Какой сложной системой легче управлять: построенной на принципе соподчинения («вассал моего вассала не мой вассал») или на принципе прямого централизованного управления? 10. • Почему разнообразные процессы, одновременно протекающие в организме, не мешают друг другу? 11. • Как вы думаете, что появилось раньше: клетка или органелла, органы или ткани, системы органов или органы? 12. • Какие функции выполняют различные типы тканей? 13. • Как изменилась бы живая природа, если бы живые организмы не состояли из уни- версальных молекулярных блоков? 14. • Почему говорят о важнейшей роли белков и нуклеиновых кислот в жизнедеятель- ности организмов? 15. • Почему фактически все обычные домашние дела носят циклический характер? 16. • Поработайте в группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другие отвечают на них. Что означают эти понятия? Рудименты, атавизмы, биосоциальное существо, анатомия, физиология, психология, гигиена. Системы органов: кожа, опорно-двигательная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная, выделительная, эндокринная, нервная и репродуктивная, органы чувств. Ткани: эпителиальная, мышечная, нервная, соединительная. Белки, липиды, углеводы, ДНК. Цитоплазма, клеточная мембрана, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, ядро. Жизненная задача 1 Название. Выбор продуктов для походного рациона. Ситуация. Вы руководите подготовкой своего класса к походу. У ребят возник спор о том, какие продукты больше подходят для восстановления сил на коротких привалах: сухофрукты и шоколад или сало и хлеб. Роль. Руководитель похода. Результат. Перечень продуктов для привалов. Обоснуйте свой выбор. Надо ли учитывать разные мнения и пожелания одноклассников при составлении походного рациона? § 7. Строение и функции человеческого тела. Повторение 41 ^ Предлагаем проект «Научился сам - научи младшего» ]П|] Здоровье человека - это не только личное, но и общественное достояние. Поэтому часто говорят, что наплевательское отношение к своему здоровью - амо- рально. Заботиться о своём здоровье - не только право, но и моральный долг гражданина. Здоровый образ жизни - это основной способ исполнения этого нашего морального долга перед самим собой, своей семьёй и обществом. Когда человек поступает неправильно с точки зрения морали, это, как правило, следствие дефектов его воспитания. Внимание к своему здоровью необходимо воспитывать с детства. Для этого, прежде всего, необходимо, чтобы элементарные правила здорового образа жизни, включая правила личной гигиены, были доступны и понятны маленькому человеку, у которого подчас бывают проблемы с чтением. В этом году вы изучаете строение и функции человеческого организма. По мере изучения этого предмета, глава за главой, кроме прочего, вы будете знакомиться с правилами здорового образа жизни и опасностями, которые угрожают нашему здоровью. Попробуйте постепенно формулировать и иллюстрировать эти правила так, чтобы они были доступны для младших школьников, например для ваших младших братьев и сестёр. Для этого можно использовать изображения, пословицы, афоризмы из книг, журналов, Интернета, сочинять и рисовать самим. В конце года можно устроить конкурс самых лучших иллюстраций и лучших текстов о правилах здорового образа жизни. При возможности используйте для сбора информации и оформления работы компьютер. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Сравнение клеток эпителия ротовой полости человека и кожицы чешуи лука (как они видны в световой микроскоп) Тела всех живых существ (кроме вирусов) имеют клеточное строение. Клетка - наименьшая живая система, обладающая основными свойствами живого: обменом веществ, питанием, дыханием, синтезом органических соединений, размножением. Вы уже знаете, что клетки растений и животных отличаются. И те и другие вы уже видели. Теперь можно сравнить клетки растений и клетки человека. Самый доступный источник живых клеток человека - эпителий ротовой полости. Для этого надо взять ватную палочку (палочку с ватным тампоном на конце). Такие палочки обычно продаются в аптеке, но их можно сделать и самому. Перед тем как поместить палочку с ватным тампоном в ротовую полость, её необходимо продезинфицировать спиртом. После этого осторожно проведите тампоном ватной палочки по внутренней поверхности своей щеки, сильно не нажимая, чтобы не повредить эпителий ротовой полости. В результате на тампоне образуется мазок вашего эпителия. После этого поместите мазок на тампоне ватной палочки в каплю воды, предварительно нанесённую на предметное стекло. В воду должны попасть элементы вашего эпителия. Если этого не случится, повторите процедуру взятия мазка, предварительно снова про-стерилизовав тампон. Если вы чуть-чуть подкрасите воду в капле, клеточная стенка и содержимое цитоплазмы будут выглядеть более контрастно. Если в биологическом кабинете нет специального красителя, это можно сделать иодом. Для этого кончик палочки без ватного тампона надо опустить в иод и поместить этот кончик в край капли 42 Глава 1. Структура и функции человеческого тела воды на предметном стекле. Фрагменты эпителия в капле воды аккуратно накройте покровным стеклом так, чтобы туда не попали пузырьки воздуха. Таким образом, вы изготовили временный препарат эпителия ротовой полости. Поместите свой препарат под микроскоп, найдите в нём удачно расположенные для наблюдения отдельно лежащие клетки. Если клетки не удаётся рассмотреть, надо повторить всю процедуру изготовления временного препарата. Когда удачно расположенная клетка нашлась, рассмотрите её и нарисуйте на листе плотной бумаги. Рисовать удобнее более крупное изображение клетки, чем вы видите в микроскопе, поэтому в подписи к рисунку надо указать, при каком увеличении вы рассматривали препарат. Для рисования можно использовать простой и цветные карандаши. При этом имеет смысл клеточные элементы нарисовать более контрастными, чем вы видите в микроскоп. Ещё удобнее сделать фотографии на цифровом микроскопе, если он имеется. Теперь для сравнения изготовим временный препарат кожицы с внутренней поверхности чешуи лука. Это вы уже делали на уроках биологии. Его тоже полезно подкрасить йодом. Рассмотрите полученный препарат, выберите для рисования зрелую клетку и изобразите её. Сравните клетку эпителия ротовой полости человека с типичной растительной клеткой кожицы чешуи лука. Запишите свои наблюдения. При подготовке выступления по результатам своей работы учтите, что в своём сообщении вы должны: - сформулировать тему (что, о чём и для чего вы хотите узнать); - обратить внимание слушателей на используемые методы; - сформулировать выводы. Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 43 Глава 2. КАК ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ОРГАНИЗМА Изучая эту главу, вы научитесь: объяснять с точки зрения биологии, какова роль кровеносной, нервной и эндокринной систем в координации функций организма. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - характеризовать, как кровеносная, нервная и эндокринная системы органов выполняют координирующую функцию в организме. Использовать в быту элементарные знания основ физиологии человека и медицины, зная симптомы нарушений нормальных функций организма (болезней). Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - объяснять некоторые наблюдаемые процессы, проходящие в собственном организме (связь отклонения пульса, артериального давления, температуры тела, ритма сердечного цикла и состава крови от нормы как свидетельство нездоровья). Оценивать поведение человека с точки зрения здорового образа жизни. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - называть симптомы некоторых распространённых болезней; - оказывать первую помощь при кровотечениях и травмах; - называть факторы, благотворно и негативно влияющие на кровеносную систему. Проверьте себя: • Какую роль в организме животного играют кровеносная и нервная системы? Почему элементы этих систем проникают во все части организма? Контроль, управление и постоянство внутренней среды Специализированные клетки многоклеточных организмов утеряли способность жить самостоятельно. Более того, для выполнения своих функций они нуждаются в определённых условиях. Им необходимы питательные вещества и кислород, избавление от отходов, поддержание постоянной температуры. Они не могут переносить значительных изменений давления, кислотности, присутствия соединений, обладающих высокой химической активностью. Но внешние условия меняются непрерывно. Как создать клеткам режим наибольшего благоприятствования? С воздушной средой граничит лишь сухая поверхность кожи, образованная ороговевшим веществом умерших клеток, а жизнедеятельность остальных обеспечивается «внутренним морем» — водным раствором различных веществ. Он циркулирует по межклеточным пространствам 44 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма и двум системам сосудов — кровеносной и лимфатической. При переходе из одной системы в другую раствор меняет свой состав и называется уже иначе. Клетки непосредственно омываются тканевой жидкостью. Из неё они получают питательные вещества, в неё выделяют продукты обмена. Сама тканевая жидкость постоянно пополняется и обновляется за счёт жидкой части — плазмы, которая поступает из тончайших кровеносных сосудов. Избыток тканевой жидкости откачивается в специальную систему лимфатических сосудов и называется лимфой. Проделав довольно сложный путь по лимфатическим сосудам, эта жидкость вновь попадает в кровь. Таким образом, тканевая жидкость, лимфа и кровь составляют единую внутреннюю-среду для клеток организма. Постоянство состава внутренней среды организма — одно из самых жёстких условий для нормальной жизнедеятельности клеток. Даже небольшие изменения в ней могут оказаться трагическими, поэтому в организме есть «служба контроля и поддержания постоянства внутренней среды». Главные «работники» этой службы — нервная и эндокринная системы. Благодаря их деятельности состав внутренней среды колеблется незначительно, несмотря на существенные изменения в поглощении и выделении различных веществ клетками. Постоянство внутренней среды называется гомеостазом. Единая контролируемая внутренняя среда для существования многоклеточного организма — условие обязательное, но не достаточное. Необходимо учитывать и изменения во внешней среде. Информацию о её состоянии собирают органы чувств. Используя эту информацию, нервная и эндокринная системы настраивают работу органов, тканей и клеток так, чтобы сохранить постоянство внутренней среды. Механизм сохранения подвижного равновесия внутренней среды § 8. «Река жизни» - кровь 45 § 8. «Река жизни» - кровь ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Кровь - жидкая соединительная ткань. Факт2. Производство и потребление веществ в организме часто происходит в разных его частях. • Сравните два факта. Какая связь между ними? Предложите свой вариант основного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое ткань? (§ 3) • Какова функция крови в организме? (7 класс) • Как кровь обеспечивает целостность организма? (7 класс, жизненный опыт) • У кого из животных есть кровь? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Как устроены и функционируют эритроциты? • Где происходит кроветворение? Кровеносная система напоминает реку в глухом таёжном крае, где нет дорог. Река — единственное, что связывает таёжных жителей с внешним миром. По ней доставляют самое необходимое: продукты, топливо, книги, газеты — и отправляют на продажу всё, чем богат таёжный край. Кровь — самая подвижная часть внутренней среды организма. Двигаясь по «руслам» - сосудам, она играет для клеток организма примерно такую же роль, как река для таёжных жителей. «В наших жилах кровь, а не водица^» Какую бы часть тела мы ни поранили, из ранки, даже самой незначительной, непременно пойдёт кровь. Она присутствует повсюду — придаёт розовый цвет нашей коже и слизистым оболочкам, кровеносные сосуды видны на склере глаза, пронизывают внутренние органы. Вряд ли есть на свете люди, которые никогда не видели крови. Это непрозрачная, красная, вязкая жидкость. Основу крови, как и всех тканевых жидкостей, составляет вода. Что же придаёт крови вязкость? Возьмём пробирку с кровью и добавим туда вещество, останавливающее процесс её свертывания. Когда кровь отстоится, мы увидим, что она теперь окрашена неравномерно. Образовались три слоя. Сверху — прозрачная желтоватая жидкость. Это плазма крови. Нижняя часть пробирки будет красной. Это осели красные кровяные клетки — эритроциты. Тонкая белая полоска между плазмой и эритроцитами образована более лёгкими белыми кровяными клетками — лейкоцитами. 46 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 8.1. Клетки составляют 40-45%о крови, а плазма -55-60% Именно большое количество клеток, взвешенных в плазме, придаёт крови вязкость. Все клетки крови имеют одинаковое происхождение, так что кровь по праву считают тканью, а так как межклеточного вещества в ней очень много, её относят к соединительным тканям. Плазмой называют межклеточное вещество крови — кровь, лишённую клеток (рис. 8.1). Это водный раствор сложной смеси множества веществ: белков, липидов, углеводов, продуктов обмена и минеральных солей. Молекулы этих веществ очень важны для поддержания постоянства внутренней среды организма (гомеостаза) и для обеспечения функций самой крови. Они присутствуют в крови всегда в строго определённых соотношениях (например, концентрация хлорида Na составляет 0,9%). Для других веществ плазма - просто транспортное средство, они мало влияют на её свойства, и их количество в крови постоянно меняется. Клетки крови называются форменными элементами. Существует три группы форменных элементов: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, или кровяные пластинки (рис. 8.2). Клетки крови выполняют разнообразную работу - от транспорта кислорода до защиты организма от различных чужеродных вторжений. Кровь бесперебойно снабжает клетки и ткани всем необходимым. Она доставляет не только питательные вещества, кислород, но и тепло и различные сигнальные молекулы, которые управляют работой клеток. Многие вещества транспортируются плазмой - растворяются в ней и доставляются с её током к месту назначения. Для других созданы специальные «транспортные контейнеры». «Транспортный контейнер» Организм тратит очень много энергии. Для её получения клеткам нужно доставлять большое количество кислорода. Кислород растворим в воде, следовательно, может растворяться и в плазме крови, но в коли- Лейкоцит Тромбоцит 8.2. Лейкоциты обычно движутся ближе к стенке капилляра, в то время как эритроциты заполняют весь его просвет. Самые маленькие форменные элементы - тромбоциты § 8. «Река жизни» - кровь 47 честве, недостаточном для получения нужной энергии. К примеру, в 100 мл воды, если ждать достаточно долго, может раствориться примерно 3 мл кислорода. В 100 мл крови за считаные секунды «загружается» 19-20 мл. Транспорт газов - «профессия» эритроцитов. Эритроциты — самые многочисленные клетки крови. У них нет ядра, вся цитоплазма этих клеток плотно заполнена молекулами белка гемоглобина. Эти молекулы состоят из двух частей: белковой части — глобина и железосодержащего пигмента — гема. Гем присоединяет кислород в сотни раз быстрее, чем газ растворяется в воде плазмы. В каждом эритроците находится около 300 млн молекул гемоглобина. Благодаря большой «кислородной вместимости» эритроцитов, их числу и быстрому передвижению с током крови ткани получают достаточное количество этого важного для жизни газа. Гемоглобин придаёт крови красную окраску, поэтому его называют дыхательным пигментом. Строение молекулы гемоглобина немного меняется, когда к нему присоединяется кислород. Такую молекулу называют оксигемоглобином. Это вещество имеет ярко-алую окраску, поэтому кровь, насыщенная кислородом, такого же цвета. В тканях, где концентрация кислорода невелика, его молекулы отделяются от гемоглобина. Он становится более тёмным, поэтому бедная кислородом кровь имеет красный цвет с синеватым оттенком. Все особенности строения эритроцита связаны с его «профессией». В эритроцитах млекопитающих нет даже ядра. Это уменьшает их размер и увеличивает их концентрацию в единице объёма крови, а следовательно, и общую поверхность взаимодействия с кислородом. Кислород поглощается всей поверхностью эритроцита. Чем она больше, тем быстрее это происходит. Поэтому у здоровых людей эритроциты имеют форму двояковогнутого диска, что, с одной стороны, значительно увеличивает площадь их поверхности, а с другой — укорачивает путь кислорода внутрь клетки — от мембраны к гемоглобину (рис. 8.3). Такая форма также помогает эритроцитам передвигаться в лабиринте самых мелких кровеносных сосудов. Просвет сосудов часто бывает меньше диаметра эритроцитов, но они легко изгибаются и сворачиваются. Конечный продукт обменных процессов — углекислый газ — также может присоединяться к гемоглобину и транспортироваться эритроцитами, однако большая его часть растворяется в плазме. Иногда в организме образуются эритроциты шаровидной или серповидной фор- 8.3. Эритроциты разной формы • Объясните, почему эритроцит в форме диска поглощает кислород значительно быстрее, чем эритроцит в форме шара. 48 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма мы. У таких клеток пониженная пластичность, они плохо проходят через мелкие сосуды и мешают другим, «здоровым» эритроцитам, поэтому клетки «неправильной» формы и «состарившиеся» эритроциты задерживаются и уничтожаются в селезёнке. Недостаточное количество эритроцитов или гемоглобина в них приводит к снижению транспорта кислорода и тем самым к нарушению биологических процессов в тканях. Иногда вследствие болезни или ранений у людей развивается малокровие, или анемия. Анемия - это снижение способности крови переносить кислород в связи с недостатком гемоглобина. Анемия может быть обусловлена снижением числа эритроцитов или содержания гемоглобина в них. Причины возникновения анемии могут быть различными: наследственные заболевания, кровопотеря, инфекционные заболевания (малярия и др.), радиация и т.д. Гемоглобин - железосодержащий белок, 8.4. Эри1процит в капилляре поэтому недостаток железа в пище или нарушение • Как форма эритроцита помогает всасывания этого элемента в пищеварительном ему передвигаться в сосудах? тракте также приводят к анемии. Опасность! Угарный газ Гемоглобин может соединяться и с другими газами. Например, его соединение с угарным газом (СО - оксидом углерода) в сотни раз прочнее соединения с кислородом. Даже при небольшом количестве угарного газа во вдыхаемом воздухе значительная часть гемоглобина связывается с его молекулами и теряет способность присоединять кислород. Это смертельно опасно! Угарный газ образуется при неполном сгорании различных видов топлива — бытового газа, бензина, дров. Его много в выхлопных газах автомобильных двигателей, в помещениях, где работают плохо отрегулированные газовые плиты. Если закрыть заслонку печки до того, как дрова окончательно прогорят, большое количество угарного газа скапливается в помещении. Коварство угарного газа в том, что его трудно распознать, так как он бесцветен и не имеет запаха. У человека, надышавшегося угарным газом, возникает головная боль, головокружение, слабость, затем он теряет сознание. Если вы обнаружили человека в бессознательном состоянии в гараже, где находится автомобиль с включённым двигателем, или в доме, где топилась печь, необходимо как можно быстрее вынести пострадавшего на свежий воздух. Слабое отравление угарным газом обратимо. На свежем воздухе оксид углерода постепенно отщепляется от гемоглобина и выделяется с выдыхаемым воздухом. § 8. «Река жизни» - кровь 49 Тромбоциты «Колыбель крови» - красный костный мозг Срок жизни клеток крови невелик — от нескольких дней до нескольких недель. Они всё время возобновляются. Все типы клеток крови ведут своё происхождение от стволовых клеток, расположенных в специальной соединительной кроветворной ткани. Она заполняет внутренние полости некоторых костей, например рёбер, и называется красным костным мозгом. Стволовые клетки так усиленно делятся, что вся ткань костного мозга заполнена созревающими клетками крови. В кровяное русло поступают зрелые клетки, способные выполнять свои функции. Эритроцит 1 Л 8.5. Стволовые клетки - прародительницы клеток крови • Почему клетки крови не могут делиться? ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Кровь - жидкая соединительная ткань. Она состоит из плазмы и форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Главная функция крови -транспортная. Плазма переносит органические и минеральные вещества. Эритроциты переносят кислород и углекислый газ. Клетки крови живут недолго, новые клетки постоянно образуются в красном костном мозге. Плазма, форменные элементы, эритроциты ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что и как транспортирует кровь? 2. • Чего надо опасаться, когда топишь печь? 3. • Какова роль крови в поддержании постоянства внутренней среды? 4. • Одинаково ли количество эритроцитов в крови у жителей высокогорий и равнин? 5. • Могут ли эритроциты человека размножаться? 6. • Поработайте в паре: пусть один называет особенность эритроцитов, а второй - её связь с выполняемой функцией. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Изучение препарата мазка крови Рассмотрите препарат мазка крови под микроскопом. Какие клетки вы видите? Каковы особенности каждого типа клеток? Сколько клеток каждого типа находится в поле зрения? Зарисуйте препарат. Сделайте выводы. 50 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма § 9. Клетки крови на страже здоровья ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Кровь - важнейшая транспортная система организма. Факт 2. Для скорой помощи транспорт - необходимое условие. • Сравните два факта. Какая связь между ними? Предложите свой вариант основного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие опасности подстерегают живой организм? (Жизненный опыт) • Почему опасна потеря крови? (Окружающий мир. 4 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Тромбоциты и остановка кровотечения • Каков механизм остановки кровотечения? Тромбоциты — это плоские, неправильной формы, различные по величине фрагменты клеток. Главная функция тромбоцитов — защитная, т.е. остановка кровотечения. Если бы не существовало механизма защиты от кровопотерь — свёртывания крови, мы с вами погибли бы при первом же пустяковом ранении от непрекращающегося кровотечения. Однако при гемофилии (наследственной болезни) резко понижается свёртываемость крови. Это создаёт множество проблем в жизни больного человека. Обычно в крови тромбоциты находятся в неактивированном состоянии. Разрушение сосуда служит сигналом для запуска механизмов остановки кровотечения. Кровь начинает вытекать из сосуда, а тромбоциты вступают в контакт с соединительной и мышечной тканями повреждённого сосуда. Это активирует тромбоциты, они прилипают к тканям повреждённого участка, слипаются друг с другом, их мембраны становятся более проницаемыми, и из них выходят сосудосуживающие вещества. Под действием этих веществ, а также нервных сигналов просвет сосуда сокращается, а затем и полностью перекрывается прилипшими клетками. У здорового человека кровотечение из мелких сосудов при их ранении останавливается за 1-3 мин. Если повреждение велико и сосуд сокращается недостаточно для остановки кровотечения, в действие вступает механизм свёртывания крови (рис. 9.1). Так называется процесс превращения жидкой крови в эластичный сгусток - тромб. Тромбоциты выделяют не только сосудосуживающие вещества, но и фермент, запускающий сложную цепь реакций, ведущих к превращению растворимого белка крови фибриногена в нераство- § 9. Клетки крови на страже здоровья 51 9.1. Этапы свёртывания крови: А - прилипание тромбоцитов к краям раны; Б - образование нитей фибрина, формирование тромба • Каковы защитные функции тромба? римый фибрин. Одно из важнейших свойств фибрина - его способность образовывать длинные волокна. Они сплетаются в сеть, которая захватывает все клетки крови. Получившийся сгусток закрывает просвет, препятствуя кровотечению. Через несколько часов нити фибрина укорачиваются, как бы «отжимая» сгусток крови. Из сгустка выдавливается сыворотка - лишённая фибрина плазма крови - и образуется плотный красный тромб, состоящий из нитей фибрина и запутавшихся в них форменных элементов крови. Действием, активирующим тромбоциты, могут обладать не только поверхности кожи, мышц, соединительной ткани, но и некоторые жирные кислоты и даже стекло, поэтому кровь способна свёртываться и вне организма. Напротив, поверхность эндотелия - ткани, выстилающей сосуды изнутри, - таким активирующим действием не обладает. Это снижает вероятность образования тромбов внутри сосудов. Образование тромбов и даже частичная или полная закупорка ими кровеносных сосудов очень опасны. Для предотвращения свёртывания кро ви в ней есть специальные вещества -антикоагулянты. Таким образом, в крови присутствуют сразу две системы - свёртывающая и противосвёртывающая, которые у здоровых людей находятся в равновесии. «Странники» - лейкоциты Какие клетки защищают организм от внедрения в него «врагов» и вредоносных веществ? В отличие от эритроцитов и тромбоцитов лейкоциты гораздо более разнообразны (рис. 9.2), но имеют ряд общих черт. Они бесцветны, за что и получили название «белые клетки крови». У них, как и у большинства клеток, есть ядра. Наконец, все решаемые этими клетками задачи направлены на защиту нашего организма от чужеродных вирусов, бактерий, веществ, предметов и собственных разру- Лимфоцит Моноцит Базофил Нейтрофил Эозинофил 9.2. Типы лейкоцитов 52 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 9.3. Лейкоциты спешат к месту воспаления • Какие свойства лейкоцитов связаны с их «профессией»? шающихся или работающих «неправильно» клеток. Таким образом, лейкоциты — основа защитной функции крови. Многие из них способны к фагоцитозу, они захватывают, убивают и переваривают бактерии. Некоторые лейкоциты настолько велики, что способны поглощать и переваривать даже простейших. Большинство лейкоцитов функционируют не в крови, а странствуют по организму. Кровь переносит их туда, где они нужны, и лейкоциты выходят в ткани через стенки мелких кровеносных сосудов (рис. 9.3). Они способны к самостоятельному движению и движутся, подобно амёбе, образуя ложноножки. Если очаг вторжения инфекции достаточно велик и вступившие в борьбу лейкоциты не справляются, они могут «объявить химическую тревогу», подавая сигнал о помощи другим. Наш организм обладает мощной защитной системой, и речь о ней впереди, так что мы ещё вернёмся к удивительным «странникам» — лейкоцитам. Зачем нужен анализ крови? • Сформулируйте свой вариант ответа на вопрос рубрики. Вам наверняка приходилось сдавать свою кровь на анализ. Что же можно узнать о здоровье человека по одной капле крови? Подсчитав количество эритроцитов и концентрацию гемоглобина в них, можно узнать, насколько эффективен процесс дыхания. Вы помните, что, если кровь в пробирке лишить возможности свёртываться, клетки начнут оседать на дно. По скорости их оседания также можно судить о здоровье человека. Этот показатель называют скоростью оседания эритроцитов (СОЭ). СОЭ может быть повышена по многим причинам. Например, если в крови резко уменьшилось количество эритроцитов и её вязкость снизилась или при воспалительных процессах, когда увеличивается склонность эритроцитов к слипанию в «комки». Количество лейкоцитов сообщит нам, не идёт ли в организме воспалительный процесс, и если он идёт, то по соотношению типов белых клеток крови можно судить о характере заболевания. Такую информацию можно получить после проведения самого общего анализа крови. Более детальное исследование позволяет получить сведения о количестве в крови различных веществ, например ферментов. Для клеток разных тканей характерен различный набор этих белков. Если по какой-либо причине некоторые § 9. Клетки крови на страже здоровья 53 клетки начали разрушаться, то по присутствию в крови тех или иных ферментов можно судить о том, какие органы повреждены и в какой степени. Результат Норма Гемоглобин 131 Мужчины - 130-160 г/л Женщины - 120-140 г/л Эритроциты 4 Мужчины - 4-5 x 1012 клеток/л Женщины - 3,9-4,7 x 1012 клеток/л Лейкоциты 12 4-9 x 109 клеток/л ' Что скажет врач, ознакомившийся с результатами этого анализа крови, больному? «Родная кровь» • Что такое группы крови и сколько их? Почему так важно знать наизусть свою группу крови? Во время операций, при тяжёлых ранениях, ожогах, некоторых заболеваниях человек теряет много крови. Это очень опасно, и переливание крови для восполнения её объёма порой является единственным средством для спасения пострадавшего. Кровь для переливания берут у других людей. Человека, дающего кровь, называют донором, а её получающего - реципиентом. Сейчас переливание крови одного человека другому — обычная процедура при многих травмах и заболеваниях. Но человечество шло к этому сотни лет. Лишь после открытия групп крови подобная процедура стала безопасной для здоровья человека. Кровь одного человека не всегда совместима с кровью другого. Если смешать на стекле кровь, взятую у разных людей, в большинстве случаев эритроциты склеятся в комочки, а затем могут и разрушиться. То же самое происходит с эритроцитами и в сосудах при неправильном переливании крови. В результате закупорки капилляров комочками эритроцитов могут возникнуть осложнения, иногда даже смертельные. Исследователи выявили четыре группы крови (рис. 9.4). Их обозначают римскими цифрами I, II, III, IV или символами 0 (ноль), А, В и АВ. Группы крови отличаются друг от друга набором веществ, вызывающих склеивание эритроцитов. Кровь разных людей с одной и той же группой крови совместима. Кровь первой группы можно переливать людям с любой группой крови. Люди с первой группой крови называются универсальными донорами. Им же самим можно переливать кровь только их группы. Существуют и универсальные реципиенты — люди с четвёртой группой крови. Им 54 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма можно перели вать кровь лю бой груп пы. Людям второй и треть ей группы крови можно переливать кровь первой и их собственной группы. Группа крови — наследственный признак, поэтому на протяжении жизни она не изменяется. Существуют и другие факторы, отличающие кровь одного человека от другого. Например, резус-фактор. Это особый белок, обнаруженный в 1940 г, на клеточной мембране эритроцитов обезьян - макак-резусов (отсюда и название). Оказалось, что у 85 % людей эритроциты содержат этот белок, их называют резус-положительными (Rh+), а у 15% людей этого белка нет, их называют резус-отрицательными (Rh-). После переливания резус-положительной крови резус-отрицательному человеку в крови у последнего на чужеродный белок вырабатываются специфические вещества-антитела, поэтому повторное введение может вызвать у него склеивание эритроцитов и тяжёлое шоковое состояние. Аналогичный конфликт может возникнуть между резус-отрицательной матерью и резус-положительным плодом. Вырабатываемые организмом антитела угрожают здоровью и жизни ребёнка. Основные функции крови • Как транспортная функция крови связана с её остальными функциями? Транспортная — перенос газов, питательных и минеральных веществ, гормонов. Газообменная — обмен углекислого газа на кислород в лёгких и кислорода на углекислый газ в тканях. Защитная — свёртывание крови и борьбе организма с чужеродными вторжениями. Теплообменная — перенос тепла от одних частей тела к други м. Она обеспечивается высокой теплоёмкостью воды, составляющей большую часть плазмы крови. Информационная функция заключается в переносе сигнальных молекул, которые управляют работой клеток, тканей и органов. § 9. Клетки крови на страже здоровья 55 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Тромбоциты обеспечивают свёртывание крови, предохраняя человека от её потери. Лейкоциты борются с инородными вторжениями в организм. Основные функции крови: транспортная, газообменная, защитная, теплообменная, информационная. Лейкоциты, тромбоциты, свёртывание крови, группы крови ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Как организм защищается от потери крови? 2. • О чём может свидетельствовать увеличение количества лейкоцитов в крови? 3. • Какие форменные элементы связаны с группами крови? 4. • Каковы основные функции крови? 5. • С какими проблемами сталкивается человек, у которого плохо свёртывается кровь? 6. • Чем обусловлено большое разнообразие лейкоцитов по сравнению с другими форменными элементами крови? 7. • Поработайте в паре: пусть один называет форменный элемент и его особенности, а второй - их связь с выполняемой функцией. 56 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма § 10. Главная транспортная система организма ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Кислород поглощается лёгкими и используется каждой клеткой тела. Продукты обмена веществ клеток выводятся с помощью почек. Факт 2. Транспорт - совокупность средств, предназначенных для перемещения людей, грузов из одного места в другое. • Сравните два факта. Какая связь между ними? Объясните название параграфа, предложите свой вариант основного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИИ • Каковы особенности строения кровеносной системы наземных позвоночных? (7 класс) • Что такое четырёхкамерное сердце? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Из каких частей состоит кровеносная система? • Чем отличается большой круг кровообращения от малого? Кровь может выполнять свои разнообразные функции, только находясь в постоянном движении. Она циркулирует по организму с большой скоростью. Например, эритроцит, который доставляет нашим клеткам кислород, проходит путь от сердца до колена менее чем за 30 сек. Для движения крови в нашем организме проложено множество «дорог» — сосудов, пределы которых она не покидает. Энергию, необходимую для движения по сосудам, крови сообщает главный орган кровеносной системы — сердце. Непрерывный ток крови по сосудам называется кровообращением. Большой круг кровообращения снабжает кислородом и питательными веществами все тка ни организма У человека, как и у всех млекопитающих, четырёхкамерное сердце заставляет кровь двигаться по замкнутому контуру. Он образует согнутую восьмёрку, верхняя половинка которой — малый круг кровообращения — вложена в нижнюю — большой круг кровообращения. В узле пересечения двух кругов находится сердце. Левая и правая половины сердца - это два «насоса», работающих в едином ритме. Левый «насос» направляет богатую кислородом артериальную кровь в большой круг кровообращения ко всем органам тела § 10. Главная транспортная система организма 57 10.1. Большой круг кровообращения • За что большой круг кровообращения получил своё название? Где по нему течёт артериальная кровь, а где венозная? Где кровь течёт по артериям, а где - по венам? (рис. 10.1). Правый «насос» наполнен бедной кислородом и богатой углекислым газом венозной кровью. От него по сосудам малого круга кровь поступает к лёгким, где обогащается кислородом, а затем снова возвращается к сердцу. Артерии (артериолы) — это сосуды, по которым кровь течёт от сердца к органам. Из левого желудочка кровь выталкивается в самую крупную артерию - аорту. Отходя от желудочка, она изгибается, образуя дугу аорты, а затем идёт в брюшную полость, где получает название брюшной аорты. К органам — головному мозгу, сердцу, лёгким, печени, почкам, мышцам, коже и т.д. - от аорты отходят многочисленные артерии. Подходя к тканям, артерии ветвятся, увеличиваясь в количестве и уменьшаясь в диаметре. Самые мелкие артерии разветвляются на тончайшие сосуды — капилляры, образующие в тканях различных органов густую сеть. 58 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Общее количество капилляров огромно. Протяжённость отдельного сосуда редко превышает 1 мм, но суммарная длина всех капилляров тела человека составляет около 100 тыс. км. Если представить себе общую поверхность этих сосудов в виде единой плоскости, её площадь составит около 1500 га. Слой крови на этой поверхности составит всего 7—8 микрометров. В капиллярах принесенный кровью гемоглобин отдаёт кислород, который вместе с питательными веществами проникает в ткани. Кровь поглощает из тканей углекислый газ и продукты жизнедеятельности и уносит их. В результате этого обмена кровь становится бедной кислородом — венозной. Капилляры собираются в вены — сосуды, по которым кровь течёт от органов к сердцу. По мере слияния этих сосудов их диаметр возрастает. В некоторых органах брюшной полости, например в печени, вены, несущие кровь от кишечника, распадаются на ещё одну систему капилляров и только потом поступают к сердцу. Этот участок кровотока называется воротной системой печени. Здесь вещества, поступившие в кровь из кишечника, проходят строгую проверку на их безопасность для организма. Вены несут кровь в правое предсердие, где и заканчивается большой круг кровообращения. Это не только длинный путь. Площадь поверхности стенок тонких сосудов очень велика, велика и сила трения крови о них. Для того чтобы протолкнуть кровь по сосудистому руслу, нужно вытолкнуть её из сердца с очень большой силой. Вот почему мышца стенки левого желудочка толстая и мощная. Из крови, проходящей через камеры сердца, сама сердечная мышца ничего не может извлечь для собственного питания. Поэтому она, так же как и другие органы, специально снабжается артериальной кровью. Две артерии, идущие к сердцу, отходят от аорты примерно в 1 см от её начала. Они, как корона или венец, опоясывают сердце и поэтому называются коронарными, или венечными. Веточки коронарных сосудов проникают в толщу сердечной мышцы, снабжая её питательными веществами и кислородом. Вены, собирающие кровь от сердечной мышцы, впадают несколькими протоками прямо в правое предсердие. Из правого предсердия, «конечного пункта» большого круга кровообращения, кровь поступает в правый желудочек, где начинается малый круг кровообращения. • Каких сосудов не хватает на этом рисунке? 10.2. Кровоснабжение сердца § 10. Главная транспортная система организма 59 Малый круг кровообращения обеспечивает обогащение крови кислородом Малый круг называют также лёгочным кругом, так как кровь направляется в лёгочные артерии. Обратите внимание: по лёгочным артериям течёт венозная кровь. Лёгочные артерии ветвятся в лёгочных пузырьках, делятся на капилляры, и содержащийся в капиллярах углекислый газ покидает кровь, а кислород поступает в неё. Кровь становится алой артериальной и по лёгочным венам возвращается в левое предсердие, оканчивая малый круг кровообращения. По лёгочным венам течёт артериальная кровь. Малый круг кровообращения значительно короче большого, количество капилляров гораздо меньше, трение крови не так велико, поэтому стенки правого желудочка не такие мощные, как стенки левого. • За что малый круг кровообращения получил своё название? Где по нему течёт артериальная кровь, а где венозная? Где кровь течёт по артериям, а где - по венам? 10.3. Малый круг кровообращения ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Система кровеносных сосудов несёт кровь ко всем органам тела. Выходящие из сердца артерии разветвляются на капилляры, в которых происходит обмен веществ между кровью и тканями. По венам кровь вновь собирается в сердце. Сосуды большого круга разносят богатую кислородом артериальную кровь по всему телу, возвращая к сердцу венозную. Малый круг идёт от сердца к лёгким, откуда кровь возвращается к сердцу, обогащённая кислородом. Таким образом, система кровообращения, пронизывая весь организм, обеспечивает транспорт веществ. Она доставляет тканям кислород от лёгких, питательные вещества от кишечника, тепло от работающих мышц, а также уносит отходы жизнедеятельности клеток к почкам. 60 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Большой и малый круги кровообращения, артерии, вены, капилляры, артериальная и венозная кровь ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Какие сосуды несут кровь от сердца, какие к сердцу? 2. • Чем различаются большой и малый круги кровообращения? Всегда ли по артериям течёт артериальная кровь, а по венам - венозная? Могла ли кровеносная система человека состоять из одного круга? Предположи, что для этого должно быть изменено. Кровь попадает в лёгкие дважды: один раз - проходя по большому кругу кровообращения, а в другой раз - по малому. Для чего? 6. • В чём сходство и различие системы кровообращения и дорожной сети? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 11. Неутомимое сердце 61 § 11. Неутомимое сердце ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Мнение. Сердце никогда не отдыхает, оно бьётся всю жизнь. Факт. Сердечный цикл: 0,1 сек. - сокращение предсердия, 0,3 сек. - сокращение мышц желудочков, 0,4 сек. -расслабление сердечной мышцы. • Сравните эти высказывания. В чём состоит противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Каковы роль и место сердца в кровеносной системе? (7 класс, § 10) • Каковы особенности строения сердца млекопитающих? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Ткани сердца • Из каких тканей состоит сердце? Сердце — мышечный орган. Его основу составляет специальная сердечная мышца (миокард). Она состоит из волокон — цепочек клеток, соединённых «конец в конец» и заключённых в общую оболочку. Мышца сердца, подобно нервной ткани и скелетным мышцам, принадлежит к возбудимым тканям, способным к сокращению. Межклеточные контакты миокарда устроены так, что возбуждение быстро передаётся от клетки к клетке, охватывает все мышечные волокна — и они сокращаются. В сердечной мышце есть необычные участки, которые носят название проводящей системы сердца. Их клетки способны самопроизвольно сокращаться в определённом ритме. Благодаря работе этих клеток изолированное сердце, помещённое в питательную среду, работает в том же ритме, что и в организме. Это свойство называется автоматией-сердца. Снаружи сердце и начальные участки выходящих из него крупных сосудов покрыты перикардом — прочным двухслойным мешком из соединительной ткани. Между слоями перикарда содержится небольшое количество водянистой жидкости, которая, действуя как смазка, позволяет им свободно сколь- Поперечная исчерченность миокарда - отражение регулярно уложенных белковых сократимых нитей внутри клетки. 11.1. Строение сердечной мышцы 62 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма зить друг по другу при расширении и сокращении сердца и снижает трение сердца об окружающие органы. Изнутри сердце выстлано эндокардом — гладкой эпителиальной тканью, которая уменьшает трение вязкой крови о стенки сердца и препятствует свёртыванию крови и образованию тромбов. Лёгочные артерии Вены Правое предсердие Аорта Левое предсердие Левый желудочек Правый желудочек Обратите внимание на то, что сердце на схеме показано спереди, и поэтому его правая половина на рисунке расположена слева. 11.2. Схема строения сердца • Какие особенности строения сердца указывают на его «насосную» функцию? 11.3. Клапаны сердца: А - створчатые; Б - полулунные • Как повлияет на работу сердца изменение формы, размера, пластичности одного или нескольких клапанов? Клапаны сердца • Зачем нужны клапаны в сердце? Сердце человека состоит из двух предсердий и двух желудочков. Предсердия перекачивают кровь в желудочки, что не требует больших усилий, поэтому мышечный слой их стенок достаточно тонкий. Перегородка между предсердиями и желудочками, к которой крепятся мышечные стенки этих камер сердца, состоит из прочной соединительной ткани, за исключением небольшого пучка мышц проводящей системы. Для того чтобы кровь двигалась в одну сторону, сердце снабжено клапанами, которые автоматически закрываются и не дают крови течь в обратном направлении. Представьте себе наполненную водой резиновую грушу с двумя трубками, отходящими от неё в разные стороны. Сожмите грушу — и вода брызнет в обе стороны. Чтобы вода потекла в одну сторону, нужно перекрыть одну из трубок. В сердце для этого существуют клапаны (рис. 11.3). Они расположены «на входе» и «на выходе» обоих желудочков сердца. Между предсердиями и желудочками расположены створчатые клапаны. Они образованы перепончатыми «листками» эндокарда (створками), свешивающимися в желудочки. Свободные концы этих створок прикреплены тонкими сухожильными связками к выростам миокарда - сосочковым мыш- § 11. Неутомимое сердце 63 цам, расположенным на дне и стенках желудочков. При сокращении желудочков створки закрываются, связки натягиваются и не дают створкам вывернуться в предсердие. Клапан в правой части сердца - трёхстворчатый, а в левой части - двустворчатый. На выходе из желудоч ков в арте риаль ные стволы расположены клапаны, которые из-за формы их створок называют полулунными. По форме они напоминают кармашки на детском фартуке. Артериальные стволы упруги и «раздуваются», принимая кровь. Когда желудочки начинают расслабляться, кровь из «раздувшейся» аорты устремляется обратно в зону пониженного давления - в желудочки. Клапаны-кармашки заполняются кровью, «оттопыриваются» и плотно закрывают просвет. Иногда в результате различных заболеваний изменяется форма клапанов, они сморщиваются, не полностью закрывают соответствующее отверстие, поэтому кровь частично возвращается в те отделы, из которых она поступила. Бывает, створки клапанов срастаются, что мешает нормальному току крови. В обоих случаях мышцам желудочков приходится развивать большое давление, чтобы выбросить кровь в аорту с той же силой. При нарушении работы клапанов в сердце возникают «водовороты» в течении крови. Они создают дополнительные шумы, которые врач может услышать с помощью всем знакомого прибора - стетоскопа. Система, задающая ритм сокращений, расположена в самом сердце • Отчего бьётся сердце? Мы уже говорили о том, что в миокарде существует проводящая система, которая периодически самопроизвольно сокращается. Задают ритм сокращения так называемые «водители ритма» - небольшие участки проводящей системы, расположенные в стенке правого предсердия. От них волна сокращения распространяется по сердечной мышце. Между предсердиями и желудочками расположена перегородка из невозбудимой соединительной ткани. Единственный путь, по которому возбуждение может пройти к желудочкам, - проводящая система сердца. Она пронзает соединительнотканную перегородку и делится на два пучка, а затем на отдельные волокна. Возбуждение проходит по проводящей системе, распространяется по мышце желудочков - и она сокращается. Таким обра зом, ритм сердечных сокращений возникает в самом сердце. 11.4. Проводящая система сердца • К чему приведёт разрушение участка проводящей системы сердца? Сердечный цикл • Почему сердце стучит? В чём смысл циклической работы сердца? Сердце всегда заполнено кровью. Меняется только её количество. Нагнетательная, «насосная», функция сердца основана на чередовании 64 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма сокращения и расслабления предсердий и желудочков. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, а расслабление - диастолой. Период от одного сокращения предсердий до другого является сердечным циклом. Рассмотрим стадии этого цикла (рис. 11.5). Расслабленное сердце заполнено кровью, поступившей в него из вен. Возбуждение, возникшее в водителе ритма, охватывает заполненные кровью предсердия. В результате они сокращаются и проталкивают порцию крови в расслабленные желудочки. Эта стадия цикла - систола предсердий. В другой части проводящей системы возникает небольшая задержка возбуждения, поэтому в один и тот же момент предсердия находятся в состоянии систолы, а желудочки - в состоянии диастолы. Затем возбуждение мышц достигает желудочков, и следует их сокращение, то есть систола желудочков. Как только давление в желудочках начинает нарастать, захлопываются створчатые клапаны, а полулунные открываются. Кровь поступает из левого желудочка в аорту, а из правого - в лёгочные артерии. После этого сердце расслабляется, давление в предсердиях и желудочках падает, и кровь из вен устремляется в сердце. 11.5. Стадии сердечного цикла • Найдите на схеме систолу и диастолу предсердий и желудочков. Когда же сердце отдыхает? Во время систолы желудочки принимают округлую форму и с силой прижимаются к грудной стенке. Именно этот удар мы ощущаем, когда прикладываем руку к груди примерно между пятым и шестым ребром. Посчитайте количество этих ударов за минуту, и вы узнаете частоту сокращений вашего сердца. Нормальный ритм работы сердца составляет 70-75 сокращений в минуту. Длительность всего сердечного цикла - 0,8 сек. Из них: 0,1 сек. сокращается предсердие, 0,3 сек. занимает сокращение мышц желудочков, а оставшиеся 0,4 сек. вся сердечная мышца расслаблена. В эти доли секунды сердечная мышца отдыхает. § 11. Неутомимое сердце 65 Работа сердца зависит от нашего организма, но не зависит от воли • Что влияет на частоту сердцебиения? Управляющие системы организма — нервная и эндокринная — могут повлиять на работу сердца, но не могут его остановить. Частота сокращений сердечной мышцы возрастает от физической нагрузки на организм, от волнения, переживаний, восторга, интенсивной умственной деятельности. Недаром говорят: «Сердце готово выскочить из груди». В полном покое сердце перекачивает около 5 л крови за 1 мин, а при физических нагрузках эта величина может достигать 30 л. Но, обратите внимание, во всех этих случаях сердце в отличие, скажем, от руки совершает свою работу помимо нашей воли. В минуты волнения частота сердцебиения усиливается независимо от наших желаний. Такое положение вещей целесообразно, иначе приходилось бы непрерывно думать о том, достаточно ли часто бьётся сердце. Мы привыкли к мысли о целесообразном устройстве организма. Но на первый взгляд усиление частоты сердцебиений у взволнованного человека лишено смысла, ведь сам акт возбуждения не требует большого расхода энергии. Однако у наших предков волнение, как правило, порождала угроза. Оно предвещало сражение, бегство во имя спасения или иную форму напряжения физических сил. Так, в процессе эволюции душевное волнение оказалось связано с подготовкой к интенсивной физической нагрузке. Как врач может узнать, здорово ли сердце • Что показывает электрокардиограмма? Сокращение предсердий происходит беззвучно. При сокращении желудочков створчатые клапаны сердца захлопываются, издавая характерный тупой звук — первый сердечный тон. Второй сердечный тон — звук, похожий на щелчок, — издают захлопывающиеся полулунные клапаны, когда желудочки начинают расслабляться. Эти тоны слышны и просто ухом, как быстро следующее друг за другом «тук-тук». Стетоскоп же позволяет слышать и дополнительные звуки, когда работа клапанов сердца нарушена. Они тише и не так отчетливы, как тоны сердца. Это так называемые шумы сердца. При возбуждении мышц возникают слабые электрические токи. Они создают электрическое поле, которое можно зарегистрировать с поверхности тела с помощью специального прибора - электрокардиографа. Электрическая активность сердца, записанная с помощью такого прибора, называется электрокардиограммой (ЭКГ). На основе электрокардиограммы врачу удается достаточно точно судить о том, есть ли нарушения в работе сердца обследуемого человека, и если есть, то каков их характер. 66 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Электрокардиограмма позволяет узнать, здорово ли сердце человека: Р - распространение возбуждения по миокарду предсердий; QRS - возбуждение охватывает миокард желудочков; Т - возвращение миокарда в состояние покоя; Т-Р - период покоя (диастола) всей сердечной мышцы. 11.6. Электрокардиограмма ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Сердце - мышечный орган, состоящий из двух предсердий и двух желудочков, разделённых клапанами. Сердце обладает автоматией, а кроме того, его работа может регулироваться с помощью нервной и эндокринной систем. Сердечный цикл состоит из сокращения предсердий, сокращения желудочков и расслабления сердечной мышцы. Предсердие, желудочек, клапаны сердца, сердечный цикл, автоматия сердца, электрокардиограмма ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Как строение сердца связано с его функциями? 2. • Из каких фаз состоит сердечный цикл? 3. • Какими способами врач может определить заболевание сердца? 4. • Как регулируется деятельность сердца? 5. • Как вы думаете, почему во многих пословицах и поговорках такие чувства, как волне- ние, страх, радость, связывают с сердцем? Вспомните эти пословицы и поговорки. 6. • Многие народы называют сердце «органом любви». Дайте объяснение этому мне- нию с биологической точки зрения. 7. • Работа сердца не связана с нашей волей. Приведите пример другой функции, осу- ществляемой независимо от воли. 8. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 12. Транспортные «магистрали» - сосуды 67 § 12. Транспортные «магистрали» - сосуды ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. По артериям кровь течёт благодаря давлению, созданному сердцем. Факт 2. По мере удаления от сердца давление крови становится меньше. В капиллярах большая часть его теряется. Когда кровь доходит до вен, давление становится совсем небольшим. • Сравните эти высказывания. В чём состоит противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое замкнутая кровеносная система? (§ 10) • Какие сосуды входят в кровеносную систему? (§ 10) • Какая кровь течёт по артериям и венам? (§ 10) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ У человека замкнутая кровеносная система — кровь движется по «трубопроводу», состоящему из трёх типов сосудов: артерий, вен и капилляров. Вены и артерии — это участки «трубопровода», обеспечивающие быстрое и беспрепятственное движение крови по организму, поэтому в их строении много общего. Сосуды имеют различное строение в соответствии со своими функциями • Как строение сосудов связано с их функцией? Снаружи артерии и вены покрыты соединительнотканной оболочкой, затем следует мышечный слой, а изнутри они выстланы одним слоем эндотелиальных клеток. Эндотелий делает внутреннюю поверхность сосуда гладкой и уменьшает трение крови о его стенки, одновременно препятствует свёртыванию крови внутри сосудов. Однако в строении вен и артерий есть и различия. Соединительная ткань и мышечный слой артерий толще, чем у вен, что придаёт им упругость и позволяет выдерживать большое давление крови при выталкивании её из сердца. Строение вен также имеет свои особенности - их эндотелий образует карманообразные клапаны, похожие на те, что имеются между желудочком и аортой в сердце. Эти приспособления, как мы убедимся впос- 12.1. Капиллярная сеть • Почему необходима такая густая сеть капилляров? 68 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Артерия Вена Капилляр 12.2. Строение сосудов ледствии, необходимы для движения крови по венам. Функция капилляров (рис. 12.1) совершенно иная, нежели функция вен и артерий. Их главная задача - обмен веществ между кровью и тканями. Поскольку суммарное сечение капилляров много больше, чем у артерий или вен, давление крови и скорость её течения в них невелики, а стенки тонки, что способствует обмену веществ. • Как строение вен и артерий связано с их функцией? Пульс • Почему при плохом самочувствии и бессознательном состоянии человека врач начинает действовать, предварительно прощупав пульс? Как пульс связан с частотой сердечных сокращений? Движение крови по сосудам происходит за счёт перепада давле ния в различных участках кровяного русла, а разность давлений создаётся благодаря работе сердца и упругости стенок артерий. Сердце выталкивает кровь отдельными порциями по 60—80 мл. Рассмотрим, что происходит с кровью, вытолкнутой сердцем в кровяное русло. Этот сравнительно небольшой объём крови встречает резкое сопротивление, так как стенки аорты и артерий толсты и упруги. Как и всякая жидкость, кровь практически несжимаема. Выброшенная сердцем в заполненную кровью аорту порция крови может поместиться в ней, лишь растянув её стенки. В результате в прилегающей к сердцу части аорты возникает повышенное давление крови, а на остальных участках оно повышается незначительно. Возвращению в сердце крови мешают полулунные клапаны, и она начинает двигаться из зоны повышенного давления в зону пониженного, раздвигая стенки следующего участка 12.3. Точки пульсации сосуда. Таким образом, по артериям дви- Мы можем убедиться в том, что пульсовая волна существует, приложив палец к тем участкам тела, где артерии расположены близко к поверхности. § 12. Транспортные «магистрали» - сосуды 69 12.4. Схема зарождения пульсовой волны жется волна повышенного давления, продвигаясь к капиллярной сети. По мере удаления от сердца давление крови становится меньше, но его хватает для того, чтобы растянувшиеся стенки артерий продолжали выталкивать кровь в капилляры даже в момент расслабления сердца, поэтому кровь по капиллярам струится непрерывно. Волна повышенного давления, создаваемая каждой порцией вытолкнутой сердцем крови, называется пульсовой волной, или просто пульсом. Скорость распространения пульсовой волны равна в среднем 6-8 м/с (рис. 12.4). Артериальное давление - важный показатель здоровья сердца • Как артериальное давление связано с работой сердца? Давление, создаваемое сердцем, называют артериальным. Вспомним, что, чем дальше от сердца находится артерия, тем меньше в ней давление. В медицинской практике принято измерять артериальное давление поближе к сердцу - в плечевой артерии специальным прибором для измерения давления — тонометром (рис. 12.5). Наибольшее давление в момент систолы сердца называется систолическим, или верхним. В норме у человека оно равно 120 мм ртутного столба. Наименьшим давление бывает в момент диастолы, это диастолическое, или нижнее, давление. В норме оно равно 70 мм ртутного столба. Артериальное давление (АД) записывается в виде дроби: верхнее — в числителе, нижнее — в знаменателе. Нормальным для взрослого человека считается АД=120/70. Оно может существенно повышаться, например, при физической нагрузке, что считается нормальным, но затем обязательно возвращается к обычным показателям. 12.5. Измерение артериального давления • Чем опасно низкое артериальное давление? А высокое? 70 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма «Краны» кровеносной системы • В каких органах интенсивность кровотока больше, чем в других, когда вы играете в футбол? А когда делаете уроки? Как меняется интенсивность кровотока в сосудах желудочно-кишечного тракта после обеда? Очевидно, что активно работающие органы нуждаются в интенсивном кровоснабжении. Есть несколько путей, которые использует наш организм для увеличения общего кровотока. Во-первых, можно увеличить частоту сердечных сокращений. Во-вторых, сердце может увеличить объём выталкиваемой крови. Но давления, созданного сердцем, будет всё равно недостаточно для существенного повышения кровотока в работающем органе, если интенсивность кровоснабжения всех органов будет одинакова. Для того чтобы усилить приток крови к работающим органам, нужно уменьшить её приток к неактивным. Интенсивность кровотока регулируется с помощью мелких артерий. Их мышечный слой гораздо толще, чем у крупных. Под влиянием нервной системы или биологически активных веществ мышцы могут сокращаться вплоть до закрытия этих сосудов. Открытие мелких артерий увеличивает приток крови в капилляры и улучшает кровоснабжение соответствующих органов, закрытие — его резко ухудшает. Кроме того, при уменьшении просвета мелких артерий ухудшается отток крови от сердца и возрастает артериальное давление, и наоборот, при увеличении кровотока в мелких артериях давление снижается. Таким образом, изменение просвета мелких артерий — главный механизм регуляции артериального давления. Тонкая регуляция артериального давления необходима нам и при перемене позы, например, при смене горизонтального положения тела на вертикальное. Изменение просветов мелких артерий не позволяет в этом случае значительному объёму крови переместиться в нижние конечности, оставив мозг без достаточного количества кислорода. Это могло бы привести к обмороку. Против силы тяжести • Зачем нужны венозные клапаны? Как мы уже знаем, внутренняя поверхность капилляров очень велика, а просвет каждого из них настолько мал, что кровяные тельца, «протискиваясь» через них, деформируются, поэтому сила трения значительно тормозит кровоток в капиллярах, и большая часть кровяного давления теряется. Когда кровь доходит до вен, давление становится совсем небольшим. Но если уровень артериального давления при прохождении кровью сети капилляров падает, то как же кровь попадает обратно в сердце? § 12. Транспортные «магистрали» - сосуды 71 Вены, собирающие кровь от какого-либо органа, как правило, такой же длины, как и подходящие к этому органу артерии,но различие давлений в них не настолько велико, чтобы обеспечивать дальнейшее продвижение крови. Кровь в венах движется к сердцу за счёт того, что сосуды сдавливаются окружающими скелетными мышцами, а венозные клапаны препятствуют обратному току крови (рис. 12.6). Кроме того, движению крови по венам способствует разрежение воздуха, связанное с работой лёгких. Грудная клетка при вдохе расширяется, давление в ней падает, кровь из крупных вен передвигается к сердцу. 12.6. Движение крови по венам • Как физическая активность влияет на движение крови по венам? ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Кровь по артериям течет благодаря артериальному давлению, созданному сердцем, упругости сосудов и разнице давления между крупными и мелкими сосудами. Возвращению крови к сердцу по венам способствует давление на сосуды, создаваемое скелетными мышцами, и разрежение, возникающее при дыхании. Пульс - отражение периодической работы сердца. Артериальное давление в плечевой артерии и пульс здорового человека изменяются во вполне определённых пределах, поэтому отклонения этих показателей от нормы являются свидетельством болезни. Пульс, артериальное давление ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • О чём говорит частота пульса? 2. • Что такое артериальное давление? Как его измеряют? 3. • Как работающий орган обеспечивается необходимым количеством крови? 72 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 4. • Какая причина заставляет кровь двигаться по венам? 5. • Почему у артерий мышечный слой толще, чем у вен? 6. • Как вы думаете, из-за чего давление крови в мелких артериях ниже, чем в крупных? 7. • Почему артериальное давление в разных частях тела различается, а пульс одина- ков? 8. • Почему у людей, работающих стоя неподвижно весь день, отекают ноги? 9. • Поработайте в паре: пусть один называет любое из понятий, которые вы изучали в этой главе, а другой - важность знакомства с этим термином для соблюдения здорового образа жизни. М • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Изучение частоты пульса до и после нагрузки Усадите своего товарища на стул. Положите 2, 3 и 4-й пальцы на его запястье у основания большого пальца чуть выше сустава. Слегка прижмите пальцы, и вы почувствуете биение пульса. Посчитайте количество ударов за 15 с и вычислите частоту биений пульса в минуту. Попросите товарища сделать 10 приседаний. Вновь усадите его на стул и измерьте частоту пульса. Как она изменилась? Почему? Подготовьте доклад, посвящённый своим наблюдениям. Сформулируйте в нём цели работы, используемые методы, выводы. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации. § 13. Человеческая жизнь бесценна 73 § 13. Человеческая жизнь бесценна ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Вася: Я не занимаюсь экстремальным туризмом, а до старости мне далеко. Поэтому этот параграф мне не интересен. Петя: Напрасно. Я хочу быть здоровым, прожить долгую, счастливую жизнь. А для этого надо знать свой организм: что для него полезно, а что - нет. • Сравните эти высказывания. С кем из ребят вы согласны? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Почему в артериях давление крови выше, чем в венах? (§ 12) • Почему по капиллярам кровь течёт медленно? (§ 12) • Что такое пульсовая волна? (§ 12) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Болезни сердца • О каких болезнях сердца вы слышали? При некоторых заболеваниях сила сокращения сердечной мышцы может падать настолько, что артериальное давление постоянно оказывается слишком низким, а кровоснабжение органов недостаточным (артериальная гипотония). В других случаях, напротив, артериальное давление хронически повышается настолько, что возникает риск разрыва стенок сосудов (артериальная гипертония). Эти заболевания нуждаются в лечении, иначе они могут привести к нарушению работы почек, к сердечной недостаточности и даже к инфарктам. Причиной нарушений артериального давления и других серьёзных сбоев работы кровеносной системы могут служить многие факторы. Некоторые из них очень распространены и относительно легко устранимы. Так, недостаток движения - гиподинамия - ведёт к ослаблению сердечной мышцы и сокращению просвета кровеносных сосудов — атеросклерозу. Это заболевание развивается в результате отложения жироподобного вещества - холестерина - на стенках артерий, что приводит к сокращению просвета сосудов и к уплотнению их стенок, а следовательно, к ухудшению снабжения органов кровью и значительному снижению их работоспособности. Атеросклероз сосудов сердца и мозга значительно чаще и быстрее развивается у людей, злоупотребляющих алкоголем. А у тех, кто употребляет спиртное с юности, атеросклероз наблюдается уже в возрасте 25—30 лет. Никотин вызывает устойчивый 74 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 13.1. Тромб в сосуде спазм (резкое сокращение просвета) сосудов, что заставляет сердце с большей силой проталкивать по ним кровь. Нагрузка на сердце увеличивается иногда так сильно, что оно не способно с ней справиться, в результате развивается сердечная недостаточность. В то же время давление в сокращённых сосудах так велико, что может вызвать их разрыв. Напротив, регулярные физические упражнения, активный образ жизни в сочетании со своевременным и достаточным отдыхом создают условия для нормальной работы организма в целом и укрепления сердечной мышцы в частности. Что такое инфаркт? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Атеросклероз сосудов ведёт к развитию ишемической болезни сердца — недостаточному снабжению кровью сердечной мышцы. Сердце не справляется со своей работой, возникают и развиваются боли. А если сердечный сосуд повреждается или закупоривается сгустком крови — тромбом (рис. 13.1), участок сердечной мышцы перестаёт получать питание и кислород, и клетки миокарда очень быстро погибают. В таком случае говорят об инфаркте миокарда — омертвении участка сердечной мышцы. Чем повреждённая артерия крупнее, тем больше клеток миокарда погибает и тем серьёзнее угроза жизни человека. Обычно это заболевание сопровождается сильной болью за грудиной, которая может распространяться на нижнюю челюсть, шею, левую руку или спину, не исключены рвота или затруднённое дыхание. При появлении этих симптомов нужно немедленно вызвать «Скорую помощь». Но бывает, что человек переносит инфаркт, даже не заметив этого. Однако «память» о нём остаётся навсегда — на пострадавшем участке сердца на всю жизнь сохраняется рубец. «Следы» на сердце, оставленные инфарктом, хорошо видны на электрокардиограмме. Для того чтобы избежать инфаркта, необходимо поддерживать в норме артериальное давление, много двигаться, не набирать лишнего веса. Один из самых больших факторов риска для сердца - курение - во много раз повышает вероятность инфаркта. Что делать при кровотечениях? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Любой человек не застрахован от травм. При ранениях повреждаются кровеносные сосуды и возникают кровотечения. Они опасны в пер- § 13. Человеческая жизнь бесценна 75 вую очередь значительными потерями крови, что приводит к угрозе жизни. Тяжёлые кровотечения сопровождаются следующими признаками: бледность кожи, общая слабость, потливость, тошнота, потеря сознания, судороги. В зависимости от того, какие сосуды повреждены, кровотечения разделяют на артериальные, венозные и капиллярные. Кроме того, они бывают внутренними и внешними. Важно знать правила первой помощи при кровотечениях. Внутреннее кровотечение, когда кожные покровы остаются целостными и кровь изливается в полости организма (брюшную, грудную и т.д.), может возникнуть в результате травмы или заболевания. Бледность кожи, липкий холодный пот, поверхностное дыхание, частый слабый пульс — вот общие признаки внутреннего кровотечения. В этом случае необходимо немедленно обратиться к врачу. Внешнее кровотечение, когда кровь изливается наружу, связано с нарушением целостности кожных покровов, поэтому необходимо не только остановить кровотечение, но и обработать рану, чтобы не допустить заражения. Края раны смазывают настойкой иода, марганцовки или зеленкой и накладывают марлевую повязку. Вы наверняка не раз сталкивались с капиллярным внешним кровотечением, поцарапав руку или разбив колено. В этих случаях повреждаются капилляры и мелкие артерии. Скорость кровотока в этих сосудах низка, кровь медленно сочится из ранки, поэтому капиллярное кровоте- Помогите пострадавшему принять полусидячее положение. Приложите лёд к предполагаемому месту кровотечения и немедленно обратитесь к врачу. 13.2. Помощь при внутреннем кровотечении Начало бинта фиксируют на теле левой рукой, а правой, натягивая, разматывают бинт слева направо. Повязку лучше накладывать сверху вниз и завязывать на более тонкой части конечности. 13.3. Наложение давящей повязки 76 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма чение легко остановить. Обычно для этого достаточно наложить марлевую повязку или заклеить ранку пластырем. При венозном кровотечении кровь из повреждённого места вытекает довольно сильной и ровной струёй вишнёвого цвета. Необходимо обработать края раны йодом и наложить давящую повязку. Стенки вен мягкие, тугая повязка легко их сдавит. Кроме того, по возможности нужно поднять раненую конечность выше уровня сердца. При этом давление в венах сильно падает, что способствует остановке кровотечения. При повреждении крупных артерий возникает артериальное — очень опасное — кровотечение: ярко-красная кровь вытекает пульсирующей струёй с большой скоростью. Давление крови в артериях весьма высокое, и за считаные минуты можно потерять очень много крови. Чтобы остановить артериальное кровотечение, необходимо пережать сосуд ближе к сердцу по кровотоку от места повреждения с помощью жгута (рис. 13.4), которым может служить любой прочный материал (резиновая трубка, любая материя, провод, шнур и т.п.). Под жгут на кожу накладывают прокладку из мягкой ткани (важно, чтобы на ней не было складок). Если жгут наложен правильно, кровотечение из раны останавливается. К повязке или жгуту обязательно прикрепляют записку с указанием даты и времени (часы, минуты) наложения жгута. В летнее время жгут накладывают не более чем на 1,5 ч, в зимнее — до 45—60 мин. Если в течение этого времени пострадавший не доставлен в больницу, рану зажимают руками, жгут осторожно отпускают на 3—5 мин, затем затягивают вновь. После наложения жгута рану забинтовывают, но прежде кожу вокруг раны обрабатывают растворами иода, перманганата калия (марганцовки), спирта (водки), бриллиантового зелёного (зелёнки) и т.п. Нельзя допускать попадания медикамента в рану, так как это вызывает резкую боль. Рану закрывают повязкой из стерильного бинта или чистого проглаженного материала. Если используется эластичная резина, то её растягивают и накладывают первый виток, затем по спирали накладывают последующие 4-5. При использовании неэластичных материалов (платок, провод и т.п.) лучше сделать вокруг конечности свободную петлю, в которую вставить короткую палку, металлическую трубку и т.п. Этими предметами скручивают петлю, сдавливая ткани и артерию. Необходимо помнить, что жгут нельзя накладывать на голую кожу. 13.4. Наложение жгута § 13. Человеческая жизнь бесценна 77 В тех местах, где наложение жгута не воз можно, следует сжать артерию пальцами. Артерии в отличие от вен проходят в более глубоких слоях мышечной ткани. Но на теле человека есть несколько мест, где артерии находятся прямо под кожей, — это те точки, в которых мы легко можем почувствовать пульсацию сосудов. Зажав пальцем сосуд в одной из таких точек, находящейся выше повреждённого места, можно остановить кровотечение. Любые артериальные кровотечения опасны для жизни, поэтому пострадавшего после остановки кровотечения необходимо немедленно доставить в больницу. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Человеческая жизнь бесценна, поэтому жить нужно так, чтобы сохранить своё здоровье для себя, своей семьи и общества: вести подвижный образ жизни, заниматься физкультурой, избегать вредных привычек. Важно знать правила оказания первой помощи, поскольку никто не застрахован от несчастных случаев. Инфаркт, капиллярное, венозное и артериальное кровотечения ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Чем опасна гиподинамия? 2. • Что такое инфаркт и как его предотвратить? 3. • Чем отличается артериальное кровотечение от венозного? Почему при внутреннем кровотечении кожа больного сильно бледнеет? Почему жители сёл менее подвержены гипертонии и инфарктам, чем жители малых городов, а жители малых городов - по сравнению с жителями крупных? Почему артериальное кровотечение наиболее опасно? Как вы считаете, можно ли принудительно требовать от человека, чтобы он вёл здоровый образ жизни? 8. • Поработайте в паре: пусть один называет черту образа жизни, которая снижает здоровье, а другой объясняет, как себя вести в аналогичной ситуации, чтобы сохранить здоровье. 78 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма § 14. Лимфатическая система ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Кровеносная система - главная сосудистая система организма. Факт 2. Лимфатическая система - вторая сосудистая система. • Сравните эти факты. Предложите свой вариант вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое внутренняя среда организма? (Вступление к главе 2) • В состав какой ткани входят лейкоциты? (§ 3, 9) • Что вы знаете о функциях лейкоцитов? (§ 9) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Кровеносная система — не единственная сосудистая система нашего организма. Наряду с ней в нашем теле существует разветвлённая сеть сосудов, заполненных светлой, медленно движущейся жидкостью — лимфой. Откуда берётся лимфа? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Большинство тканей нашего организма, за исключением центральной нервной системы, костной ткани и поверхностных слоёв кожи, пронизаны капиллярами, заполненными беловатой жидкостью. От кровеносных капилляров они отличаются тем, что их стенки проницаемы для значительно более крупных молекул и частиц, а также тем, что начинаются они мельчайшими разветвлёнными замкнутыми трубочками, лежащими между клетками. Так откуда же берётся их жидкое содержимое — прозрачная или белёсая жидкость? В кровеносных капиллярах кровь находится под большим давлением, чем жидкость в межклеточном пространстве, поэтому после обмена веществами между кровью и межклеточной жидкостью в кровь возвращается меньшее количество влаги, чем убыло из неё. Выходит, что в тканях постепенно создаётся избыток воды при её недостатке в кровяном русле. Необходимо вернуть влагу в кровь. Из лимфатических капилляров всё время идёт отток жидкости, из-за этого давление в них ниже, чем в межклеточном пространстве, и жидкость начинает поступать туда. Если отток тканевой жидкости по какой-либо причине нару- § 14. Лимфатическая система 79 шается, то ее накопление приводит к отекам. В норме за сутки образуется и поступает в кровеносную систему от 1 до 4 л лимфы. Нарушение деятельности лимфатической системы можно наблюдать при развитии слоновой болезни, распространённой в тропиках. Ее вызывает паразитический червь. Он поселяется в лимфатических узлах паховой области или подмышечных ямок и создаёт препятствие для тока лимфы. Отёки, возникающие при этом заболевании, могут достигать огромных размеров (рис. 14.1). 14.1. Слоновая болезнь Стенки кровеносных капилляров малопроницаемы для крупных частиц и молекул, и многие вещества не могут попасть в кровяное русло, несмотря на то что их присутствие в крови чрезвычайно важно. Стенки лимфатических капилляров значительно более проницаемы, поэтому крупные молекулы, например жирные кислоты, всасываются из кишечника сначала в лимфатические капилляры. Лимфа после приёма жирной пищи становится мутной, «молочной». Почему лимфа движется так медленно? • Найдите в тексте ответ на вопрос рубрики. Лимфатические капилляры многократно соединяются между собой, образуя в органах и тканях разнообразные сплетения. Затем сосуды становятся всё крупнее. По строению они похожи на вены, и движется лимфа по ним примерно так же. В их стенках есть слой мышечных клеток и такие же клапаны, как в венах. Ток лимфы обеспечивается сжимающим действием окружающих мышц, сокращением стенок самих лимфатических сосудов, разрежением воздуха в грудной клетке, связанным с работой лёгких. Так как в лимфатической системе нет насоса, создающего давление, аналогичного сердцу, скорость движения лимфы намного меньше скорости движения крови. Два главных лимфатических ствола, расположенные в области грудной клетки, впадают в вены вблизи ключиц, объединяя таким образом лимфатическую и кровеносную системы. «Очистные сооружения» • Что происходит в лимфатических узлах? Лимфатическая система имеет ещё одно существенное отличие от кровеносной: в местах объединения лимфатических сосудов расположены вздутия. Они называются лимфатическими узлами (рис. 14.2). Это «сторожевые кордоны» или фильтры, активно очищающие лимфу 80 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма от токсических веществ, микроорганизмов и других вредных примесей. У человека несколько сотен таких «кордонов»! Мы уже упоминали, что проницаемость лимфатических капилляров для крупных частиц больше, чем кровеносных. Поэтому большие молекулы продуктов обмена веществ, обломки клеток, микробные токсины (яды) и сами микробы легко попадают в лимфу, и, прежде чем она объединится с кровью, её надо очистить в лимфатических узлах. Лимфатические узлы имеют разнообразную форму - округлую, продолговатую и различную величину Каждый узел одет в капсулу - плотную соединительнотканную оболочку, содержащую мышечные волокна. Мышцы капсулы, сокращаясь, активно проталкивают лимфу через ткань узла. Основную массу узла образует красноватая лимфоидная ткань. Сосуд, приносящий лимфу в лимфатический узел, там и заканчивается. Лимфа непосредственно омывает лимфоидную ткань узла, освобождаясь от вредных частиц, и, обогатившись лимфоцитами, оттекает от узла по выносящим сосудам. Результат деятельности лимфатических узлов врачи наблюдают у курящих людей. Лимфатическая система вынуждена очищать кровь от та бачного дёгтя, и лимфатические узлы в области лёгких у курильщиков становятся чёрными. В конце концов частицы дёгтя нарушают работу лимфатических узлов, и устойчивость человека к лёгочным заболеваниям снижается. Именно поэтому рак лёгких у курящих людей бывает чаще, чем у некурящих. Лимфатические узлы, селезёнка, миндалины, вилочковая железа, скопления лимфоидной ткани в слизистых оболочках дыхательных, пищеварительных и мочеполовых путей — это части лимфатической системы. 14.2. Лимфатические сосуды и узлы ' Почему в лимфатической системе так много лимфатических узлов? Кто ведает очисткой? • Предложите свою версию ответа на вопрос рубрики. Самые многочисленные клетки в лимфатической системе — лимфоциты — один из видов лейкоцитов. Они путешествуют по лимфе и крови, составляют большую часть клеток лимфатических узлов. Именно лимфоциты обеспечивают защиту организма от бактерий и вирусов, предохраняют его от развития разных заболеваний, в том числе раковых, уничтожая «неправильно» раз- § 14. Лимфатическая система 81 ви ва ю щи еся клетки по ме ре их возник новения. Лим фо циты очи ща ют лимфу от токсинов, проникших в жидкие среды организма. Любые частицы, попавшие в лимфу, задерживаются в узлах и обезвреживают ся лимфоцитами. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Лимфатическая система - это сеть сосудов, тканей и органов, которая обеспечивает возвращение избытка тканевой жидкости в кровь, очистку внутренней среды организма от многих вредных примесей, транспорт жиров и других веществ, а также играет огромную роль в защите организма от болезней. Лимфа, лимфатические узлы, лимфоциты ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Сравните состав крови и лимфы. В чём они схожи, в чём их различия? 2. • Какова роль лимфатических узлов? 3. • Можно ли назвать лимфатическую систему замкнутой? Сравните движение венозной крови и лимфы. Какая из этих жидкостей движется медленнее? Почему? Как вы думаете, в каких органах концентрация лимфоидной ткани особенно велика? Лимфатическую систему называют дренажной системой нашего организма. Почему? 7. • Ряд заболеваний сопровождается опуханием некоторых лимфатических узлов. О чём это может свидетельствовать? 8. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 82 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма § 15. Нервные клетки - «живые провода> ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Все самые существенные процессы в организме представляют собой химические превращения. Факт 2. Нервная система использует для управления организмом электрические сигналы. • В чём состоит противоречие между этими фактами? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ Из чего состоят все живые организмы? (§ 4-5) • Почему живой организм называют химической машиной? (§ 6) • У каких животных впервые появляется нервная система? (7 класс) • Каковы функции нервной системы? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Координирующая функция нервной системы обеспечивает целостность организма • Какие другие координирующие системы организма вы знаете? Чем сложнее организм, тем острее становится проблема координации действий его специализированных частей. Например, дыхательная система не имеет прямой связи с пищеварительной, и обе эти системы не получают информации от органов чувств о переменах во внешней среде. А если организму угрожает опасность и необходимо снизить активность пищеварительной системы и увеличить поставки кислорода к мышцам? Кто отдаёт приказ? Важнейшую роль в координации функций многоклеточного организма выполняет нервная система. Организм человека очень сложен, поэтому и управляющая им система чрезвычайно сложна. Она воспринимает и анализирует сигналы об изменениях, происходящих в организме и вне его, запускает ответные реакции, приспосабливающие организм к непостоянным внешним условиям. Нервная система обеспечивает также согласованную работу всех органов и систем, хранит огромное количество информации о предыдущем опыте. Её деятельность лежит в основе чувств, обучения, памяти, психической деятельности человека. Химический сигнал - хорошо, а электрический - быстрее • Почему у одноклеточных животных нет нервной системы? Координация функций клетки осуществляется с помощью химических сигналов. Простейшие — одноклеточные животные — тоже обхо- § 15. Нервные клетки - «живые провода» 83 дятся без нервной системы. Это объясняется небольшим размером клеток. Для них даже невысокая скорость передачи химического сигнала, определённая скоростью диффузии, оказывается достаточной. (Вспомните, как долго кристаллик марганцовки расходится по всему объёму стакана воды.) В большом организме такая скорость передачи химического сигнала оказывается недостаточной. У многоклеточных животных появляется нервная система с электрической передачей сигнала. 15.1. Нам предстоит выяснить, как из клеток организма создаются «провода» и строится его «телеграфная система» Скорость электрического сигнала гораздо выше, чем химического, но для его передачи необходимы специальные приспособления — провода. Организм человека пронизан такими «проводами и кабелями» — нервами, построенными всё из того же универсального строительного материала — живых клеток. По «живым проводам» электрический сигнал бежит со скоростью 20-100 м/сек. Каждый электрический сигнал порождается химической реакцией, и сам этот сигнал на другом конце клетки порождает химическую реакцию. Главное преимущество электрического сигнала заключается в скорости его передачи. Клетки нервной ткани приспособлены для проведения электрических сигналов • Что в организме выполняет роль проводов и изоляции? Особенности строения нервных клеток — нейронов — тесно связаны с их функциями. В ответ на раздражение нейроны способны генерировать, проводить по своим отросткам и передавать другим клеткам короткие электрические сигналы — нервные импульсы. В этих импульсах закодирована информация, передаваемая от клетки к клетке, поэтому сеть нейронов можно назвать «телеграфной сетью» нашего организма. Строение нейронов отвечает их функции и сильно отличается от строения других клеток нашего организма (рис. 15.2). 84 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Ядро Аксон Тело нейрона Общий план строения нейрона не отличается от строения любой другой животной клетки. У него есть ядро, цитоплазма и клеточные органеллы. Отличается он от других клеток своими отростками. 15.2. Общий план строения нейрона От тела ней рона, содержа щего яд ро и клеточ ные ор га неллы, отходят отростки: несколько более коротких и ветвистых — дендритов и один длинный — аксон. Аксон либо вовсе не ветвится, либо делится на несколько ветвей ближе к окончанию. Нейроны — не единственный тип клеток нервной ткани. А Аксон Ядро глиальной клетки Миелин А. Форма тела нервной клетки, длина, число и степень ветвления дендритов и аксонов сильно отличаются у разных нейронов. Б. Один из типов глиальных клеток необходим для увеличения скорости проведения нервного импульса по аксонам. Они «обматывают» аксон своей мембраной и формируют изолирующую миелиновую оболочку, которая увеличивает эту скорость во много раз. 15.3. Разнообразие нервных клеток - А; строение миелиновой оболочки - Б Дендриты § 15. Нервные клетки - «живые провода» 85 Электрический импульс возникает на небольшом участке мембраны нейрона, передаётся соседнему участку и таким образом движется по мембране клетки. Миелиновая оболочка, подобно пластику, покрывающему электрический провод, изолирует нервное волокно на определённом участке аксона, «отодвигая» следующий участок возбуждения, поэтому распространение импульса происходит быстрее. 15.4. Схема передачи электрического импульса • К чему может привести утрата миелиновых оболочек? • От чего зависят число дендритов и степень разветвлённости аксонов? Пространство между нервными клетками и их отростками заполнено специализированными клетками-спутниками, называемыми глиальными (рис. 15.3, Б). У них нет длинных отростков, а их функции отличаются от функций нейронов: они выстилают внутренние полости головного и спинного мозга, играют важную роль в построении нервной системы при развитии организма, регулируют химический состав среды, окружающей нейроны, и участвуют в борьбе ткани с повреждениями и инфекцией. Нейроны образуют сеть • Зачем так много нейронов? Отростки нейронов образуют в нашем организме очень сложную сеть и контактируют с другими клетками, которым и передают информацию о переменах во внутренней и внешней среде. В нервной системе человека более 100 млрд нейронов, и каждый связан отростками со множеством других клеток — нервных, мышечных, железистых и др. Электрический сигнал — это команда для клеток изменить режим деятельности: железистые клетки начинают или прекращают выделять биологически активные вещества, мышечные — сокращаются или расслабляются и т.д. Нервные клетки, получив информацию по дендритам от других нейронов, обрабатывают её и передают дальше по аксону. Ветвления дендритов создают большую поверхность, благодаря этому количество принимаемых нейроном импульсов других клеток может 86 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма быть огромным — в некоторых случаях до 100 тыс. сигналов. Тело нейрона тоже принимает сигналы. Функции отдельного нейрона находятся под контролем других нервных клеток, каждый нейрон, выполняя своё «индивидуальное задание», представляет собой ещё и часть огромного «коллектива». Чем крупнее нейрон, тем толще его аксон и выше скорость проведения сигнала. Длина аксона может достигать нескольких десятков сантиметров, а общая длина отростков всех нервных клеток составляет более 300 тыс. км, поэтому скорость проведения сигнала по нервному волокну имеет очень большое значение. Оболочки из жироподобного вещества — миелина, покрывающие аксоны некоторых нейронов, значительно повышают скорость проведения по ним электрического сигнала. Контакты нейронов обеспечивают проведение сигнала от одной клетки к другой • Участвуют ли химические вещества в передаче нервного импульса? В некоторых нейронах импульсы возникают под непосредственным действием различных внешних раздражителей, но в огромном большинстве нервных клеток — под действием сигналов, поступающих через синапсы — места контакта между нейронами (рис. 15.5). Под действием нервного импульса из кончика аксона в узкое пространство между клетками — синаптическую щель — выделяется особое химическое вещество — нейромедиатор. Он воздействует на мембрану следующего нейрона - и импульс распространяется по следующей клетке. Митохондрии Синаптические пузыри Синаптическая щель Рецептора Медиатор - 15.5. Строение синапса 15.6. Нейрон с синаптическими окончаниями • Какие преимущества создаёт специальная структура - синапс - в передаче нервного импульса? § 15. Нервные клетки - «живые провода» 87 Не кото рые медиато ры воз бужда ют мемб рану ней ро на, другие, на оборот, делают её на некоторое время неспособной генерировать импульс, то есть тормозят его дальнейшее распространение по нервной систем е. Следовательно, нейромедиаторы могут быть возбуждающими и тормозными, а проведение нервных импульсов и выделение различных медиаторов могут вызывать в нервной системе развитие двух противоположных процессов — возбуждения и торможения. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Нервные клетки существенно отличаются по строению от других клеток организма. Они приспособлены к приёму, обработке и передаче другим клеткам информации в виде электрических импульсов. Нейрон, нервный импульс, синапс ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Почему в клетках нет нервов? 2. • Каков биологический смысл использования электрических сигналов в организме? 3. • Каково строение нервной клетки? 4. • Почему дендриты в отличие от аксонов - сильноветвистые? 5. • Отростки нервных клеток иногда покрыты миелиновой оболочкой. Каковы её функции? 6. • Как нервный импульс передаётся от одного нейрона к другому? 7. • От быстроты реакции часто зависит наша жизнь. Как вы думаете, что является глав- ным ограничением скорости реакции: движение сигнала по нейрону или передача через синапс? 8. • Придумайте примеры ситуаций, регулируемых процессами возбуждения и тормо- жения. 9. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 88 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма § 16. Управление и координация в организме -главные функции нервной системы ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Человек отдёргивает руку от горячего предмета. Факт 2. Это происходит быстрее, чем человек успевает понять, что предмет горячий. • Сравните факты. Предложите свой вариант основного вопроса к уроку и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Вспомните строение нервной системы различных беспозвоночных и позвоночных животных. (7 класс) • Что такое ганглии? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Рефлекс • Что такое рефлекс? Ответная реакция организма на раздражитель, осуществляемая и контролируемая нервной системой, называется рефлекторной реакцией, или рефлексом. Можно привести множество примеров действия простых рефлексов: схватившись за горячее, мы отдёргиваем руку, попадание соринки в глаз заставляет нас моргнуть, а прикосновение пищи к задней стенке глотки вызывает глотание. Давайте разберёмся, каков физиологический механизм осуществления рефлекторной реакции. Управление и координация в процессе отдергивания руки от горячего предмета • Почему мы отдёргиваем руку от горячего раньше, чем понимаем причину этого? Управление предполагает одностороннюю передачу приказа (управляющего сигнала) от «командира» к исполнителю. Но для отдачи правильной команды «командиру» необходимо знать, что происходит «внутри и вовне его войска», поэтому управляющая система должна получать информацию от органов чувств о состоянии внешней и внутренней среды организма. Так, приказ отдёрнуть руку от горячего предмета отдаёт спинной мозг. Но для этого он должен предварительно получить сигнал от руки. Для того чтобы сигналы управления (отдёрнуть руку) и координация управляющей системы с органами чувств (сигнал от руки) не мешали § 16. Управление и координация в организме - главные функции нервной системы 89 друг другу, их необходимо осуществлять по разным, независимым каналам связи. Какие же нейроны обеспечивают эти связи? Типы нейронов • Как различаются функции нейронов разных типов? По функциям нейроны разделяют на чувствительные, вставочные и двигательные. У чувствительных (приносящих) нейронов один отросток воспринимает внешние сигналы, а другой — передаёт информацию нейронам спинного или головного мозга. Двигательные (выносящие) нейроны передают сигналы клеток мозга мышцам или железам. Вставочные нейроны обеспечивают связь между чувствительными и двигательными нейронами. Обычно они находятся внутри спинного и головного мозга. Самый простой путь, по которому может идти нервный импульс в организме, состоит из двух нейронов: одного чувствительного и одного двигательного. Но чаще между чувствительным и двигательным нейронами находится очень много вставочных. Большая часть нашей нервной системы — огромная сеть вставочных нейронов. Они собирают, анализируют информацию, полученную от чувствительных нейронов, принимают решение о том, каким образом отреагировать на изменившиеся условия, хранят значительное количество информации. Это позволяет нашей нервной системе очень точно отвечать на изменение внешних условий, обучаться, формировать сложное поведение. Рефлекторная дуга - путь нервного импульса • Каков путь нервного импульса в рефлекторной дуге? Чувствительный и двигательный нейроны вместе с рецептором, воспринимающим изменения во внешней или внутренней среде организма, отделом центральной нервной системы в спинном или головном мозге и органом, исполняющим приказ, составляют рефлекторную дугу. Это и есть путь, проходимый нервным импульсом при осуществлении рефлекса. Он может осуществляться очень быстро. Действительно, отдёргивание руки от горячего предмета происходит ещё до того, как мы осознаём боль. Рецептором может быть группа клеток, окончание нейрона или специальная клетка. Рецепторы преобразуют сигналы об изменениях во внешней или внутренней среде в нервные импульсы — электрические сигналы нервной системы. От рецептора по чувствительному нейрону импульсы идут к центральной нервной системе (спинному и головному мозгу). Там расположены вставочные нейроны, которые участвуют в оценке поступившей информации и формировании управляющего сигнала, а он отправляется по двигательному нерву к исполнительному органу. 90 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Простейшая рефлекторная дуга • Что такое коленный рефлекс? В состав простейшей рефлекторной дуги входят только два нейрона: воспринимающий раздражение чувствительный нейрон и заставляющий мышцу сокращаться двигательный нейрон. Такова рефлекторная дуга знакомого многим коленного рефлекса, действие которого проверяют врачи на медосмотре (рис. 16.1). Доктор постукивает молоточком по сухожилию ниже коленной чашечки, четырёхглавая мышца слегка растягивается, о чём в мозг сообщают рецепторы растяжения. Двигательные нейроны приказывают мышце сократиться, и нога «подпрыгивает». Таким образом, ответная реакция организма осуществляется вследствие распространения по рефлекторной дуге сигнала, возникающего при раздражении рецептора. Это происходит очень быстро. 16.1. Рефлекторная дуга коленного рефлекса: А - тело чувствительного нейрона; Б - задний рог спинного мозга; В - передний рог спинного мозга; Г - тело двигательного нейрона; Д - синапс Усложнение рефлекторной дуги • В чём смысл усложнения рефлекторной дуги в процессе эволюции? В результате эволюционного развития простая рефлекторная дуга, лежащая в основе деятельности нервной системы, сильно усложнилась, и в каждой её части вместо одного нейрона образовались сложные сети нервных клеток. Кроме того, каждый нейрон может быть включён в несколько рефлекторных дуг, которые имеют очень непростое строение. Полученная рецепторами информация обрабатывается огромной сетью вставочных нейронов, а затем по двигательным нейронам поступает в рабочие органы и приводит их в действие. В ответ на раздражение осуществляется согласованное рефлекторное изменение деятельности многих систем органов. Возбуждение и торможение - основные процессы управления • В чём биологический смысл возбуждения и торможения? Лю бое движе ние воз можно только при со кра щении одних мышц и расслаблении других, что обусловлено взаимодействием возбуждения одних двигательных нейронов и торможения других. С возбуждением связаны проведение и обработка информации в нервной системе, её запоминание, запуск ответных реакций организма. Торможение лежит в основе привыкания нервной системы к повторно действующим несущественным сигналам; защищает ткани и органы от перевозбуждения; позволяет нам сосредоточить внимание на важном для нас § 16. Управление и координация в организме - главные функции нервной системы 91 событии или предмете, когда из множества действующих на организм раздражителей мы выделяем только самые значительные и не реагируем на остальные. Совокупность торможения и возбуждения обеспечивает нормальную деятельность всех органов, тканей и организма в целом. «Региональное» управление организма • Зачем нужны ганглии и нервные центры? Управление таким огромным «государством» клеток, как наш организм, — задача непростая. Мозг не может контролировать все события, происходящие в клетках, органах и тканях. Тела нейронов не разбросаны по нашему телу беспорядочно, а образуют скопления. Скопления нейронов, расположенных вне головного или спинного мозга, называют нервными узлами (гс1нглиями), а если они находятся в головном или спинном мозге — нервными центрами. Нервные центры и узлы образованы телами и дендритами нервных клеток и телами клеток глии, которые имеют серый оттенок, поэтому такие участки нервной ткани называют серым веществом (рис. 16.2). Оно располагается в центре спинного мозга и на поверхности некоторых структур головного мозга в виде тонкого слоя — коры — или в форме округлых скоплений — ядер. Нервные центры и нервные узлы, управляющие каким-либо органом, получают информацию от расположенных в нём органов чувств и других нервных центров. Информацию перерабатывают нейроны нервного центра и формируют команды, управляющие работой «подчинённого» им органа. Миелин, образованный клеточной мембраной глиальных клеток, состоит из липидов и белков. При достаточной толщине их слоя он обусловливает белую окраску аксонов, и их скопления выглядят более светлыми на фоне серого вещества. Скопления аксонов, покрытых миелино-выми оболочками, образуют белое вещество нервной ткани. Что такое нервы? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Большое число аксонов нервных клеток, идущих в одном направлении и покрытых общей соединительнотканной оболочкой, образуют нерв. Нервы, состоящие из аксонов чувствительных клеток, называются чувствительными, а нервы, состоящие из аксонов двигательных нейронов, — двигательными. Чаще в состав нерва входят оба типа аксонов. В этом случае нерв называют смешанным, а движение нервных сигналов по нему становится двухсторонним. 16.2. Поперечный разрез мозга 92 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Любая ответная реакция организма на раздражитель, осуществляемая и контролируемая нервной системой, называется рефлекторной реакцией, или рефлексом. Основу рефлекса составляет рефлекторная дуга - цепь нейронов, идущая от рецептора клетки, воспринимающего внешнее раздражение, через центральную нервную систему к рабочему органу. Тела нейронов образуют скопления: нервные центры и ганглии. Пучки аксонов, связанных с управлением определёнными частями тела, образуют нервы. Чувствительные, двигательные и вставочные нейроны, нервные центры, нервные узлы (ганглии), серое и белое вещество, рефлекс, рефлекторная дуга, рецептор, возбуждение и торможение ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое рефлекс и рефлекторная дуга? 2. • На какие типы делят нейроны по их функциям? 3. • Что такое нервы, ганглии и нервные центры? 4. • Что такое серое и белое вещество нервной ткани? Чем обусловлен их цвет? 5. • На какие части делится нервная система? 6. • Понаблюдайте за собой и приведите примеры рефлексов. 7. • Почему рефлекторная дуга представляет собой замкнутый контур? 8. • Используя понятия «возбуждение» и «торможение», объясните, почему после обеда не следует заниматься тяжёлым физическим трудом; почему перед сном не рекомендуется много есть. 9. • К смешанному нерву приложили электрод и подали электрический импульс. Мышца, к которой идёт этот нерв, сократилась дважды. Почему? 10. • Разные люди обладают разной чувствительностью к боли. Можно ли, на ваш взгляд, обвинять человека, если он выдал тайну под пытками? § 17-18. Центральная нервная система 93 § 17-18. Центральная нервная система ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Центральная нервная система - главный центр управления организмом. Факт 2. Спинной мозг избавляет головной мозг от автоматической «рутинной» работы. • Что вас удивило? Предложите свой вариант основного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Из каких отделов состоит нервная система? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Из каких отделов состоит нервная система? • Что в нашем теле не подвластно нашей воле? Строение нервной системы Анатомически нервная система делится на центральную и периферическую. У человека центральную нервную систему образует спинной и головной мозг. Это самые важные части нервной системы, и поэтому они хорошо защищены: полностью заключены в костные «чехлы» черепа и позвоночника. Центральная нервная система потому и называется центральной, что управляет функциями всего организма и контролирует его работу. Есть два главных уровня управления: высший и низший. Высший уровень осуществляется главным образом головным мозгом; это «ведомство» принятия решений. Низший — спинной — «заведует» автоматическим контролем работы органов и в необходимых случаях её автоматической же коррекцией. Самые яркие примеры работы низшего уровня управления — простейшие рефлексы. (Например, знакомое нам отдёргивание руки от горячего предмета и коленный рефлекс.) 17.1. Центральная и периферическая нервные системы • Покажите на рисунке центральную и периферическую нервные системы. 94 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма «Ведомство» принятия решений может отменить команду низшего уровня и выполнить её самостоятельно. Низший в этом случае имеет лишь «совещательный голос». Иными словами, их взаимоотношения напоминают отношения начальника и подчинённого. На рассмотрение центральному «ведомству» передаются лишь те проблемы, которые не удалось решить автоматически низшему уровню управления. Например, вы приняли решение куда-нибудь пойти. Для исполнительных систем это равносильно приказу шагать. Запустив автоматическую систему ходьбы, вы можете идти и мечтать о чём заблагорассудится. Вашу мысль может остановить, например, сигнал о том, что вы споткнулись и чуть не упали, рискуя разбить себе нос. Но контрольные системы спинного и головного мозга сделали всё возможное, чтобы ваш нос остался цел. Это значит, что высшие отделы вашего головного мозга назначили цель похода, но не предусмотрели дорогу с препятствиями. Если бы вы подумали об этом заранее, то, скорее всего, ничто не прервало бы ваших мечтаний. Периферическая нервная система От головного и спинного мозга к мышцам, коже и внутренним органам идут нервы. В некоторых органах и тканях вне центральной нервной системы существуют скопления серого вещества — нервные узлы. Нервы и нервные узлы составляют периферическую нервную систему, которая представляет собой передающий аппарат всей нервной системы. Она не принимает решений и не анализирует работу органов, а лишь передаёт информацию, иногда по пути лишь усиливая или ослабляя передаваемый сигнал. Существуют два важнейших направления передачи информации по нервам. Во-первых, она может передаваться от рецепторов к нервным центрам спинного или головного мозга. Там происходит контроль за работой органов и принимаются решения о режиме их будущего функционирования. Во-вторых, по периферическим нервам передаются «директивы». Это либо автоматическая (рефлекторная) коррекция работы органов, либо новые приказы высших отделов центральной нервной системы. Спинной мозг Он покрыт тремя оболочками: твёрдой, мягкой и паутинной. Всё пространство в пределах мозговых оболочек и между ними, а также канал в спинном мозге заполнены спинномозговой жидкостью. Она фильтруется из крови через сосуды и очень близка по составу к тканевой жидкости. Таким образом, спинной мозг оказывается внутри заполненного жидкостью пространства. Жидкость препятствует соприкосновению уязвимой нервной ткани с жёсткой костной тканью позвоночника, амортизирует удары. § 17-18. Центральная нервная система 95 Спинной мозг расположен в позвоночном канале (рис. 17.2). Он имеет вид тяжа длиной около 45 см и диаметром около 1 см. Вверху спинной мозг соединяется с головным. Спинной мозг короче позвоночника, поэтому нервы, идущие к нижней части нашего тела, образуют пучок, который называют «конским хвостом». По всей длине спинного мозга проходят две щели: глубокая и узкая — спинная и более мелкая и широкая — брюшная. Они делят его на правую и левую части. Правая и левая половины мозга спереди и сзади соединяются пучками нервов. Спинной мозг состоит из белого и серого вещества. Вокруг центрального спинномозгового канала располагается серое вещество, состоящее из тел нейронов, ден-дритов и глиальных клеток. На поперечном срезе форма серого вещества напоминает бабочку с расправленными крыльями (рис. 17.3). Участки «крыльев», обращённые вперёд, называют передними рогами спинного мозга. В них расположены тела двигательных нейронов, по аксонам которых командные сигналы достигают мышц конечностей и туловища. В задних рогах спинного мозга расположены тела вставочных нейронов, связывающих отростки чувствительных клеток с телами двигательных нейронов и воспринимающих сигналы из головного мозга. В грудных и поясничных сегментах спинного мозга между передними и задними рогами расположены небольшие боковые рога, в которых лежат тела нейронов вегетативной нервной системы. Аксоны вставочных нейронов спинного мозга не выходят за его пределы. Некоторые из них устремляются к двигательным нейронам передних рогов, другие выходят за пределы серого вещества спинного мозга и в составе нервных пучков направля- 17.2. Спинной мозг состоит из 31-32 сегментов. От каждого сегмента отходит пара спинномозговых нервов (всего 31 пара), и каждый сегмент отвечает за определённый участок тела человека • Строение каких животных напоминает вам спинной мозг человека? Оболочки мозга Спинномозговой канал Спинно- мозговая жидкость Позвонок 17.3. Спинной мозг в позвоночном канале 96 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Белое вещество Серое вещество Спинной мозг Спинномозговые нервы Позвонки Задний корешок Передний корешок ются к нейронам противоположной половины спинного мозга, клеткам соседних сегментов и головного мозга. Аксоны этих клеток составляют белое вещество спинного мозга, окружающее серое вещество. Нервные волокна спин-но го моз га, на прав ля ю щи е ся вверх и вдоль него в головной мозг, образуют восходящие проводящие пути. Они несут информацию о движениях, позе, ра бо те вну т рен них ор га нов. Нерв ные во лок на, иду щие вниз, об разуют нисходящие проводящие пути, по которым в спинной мозг поступают импульсы от нейронов головного мозга. Они кон тро ли ру ют и кор рек ти ру ют ра бо ту кле ток спин ного моз га. Информация от рецепторов поступает в задние рога спинного мозга по нервным ство лам, ко то рые на зы ва ют ся задними корешками спинного мозга. Тела тех ней ро нов, чьи ак со ны со став ля ют задние корешки, лежат вне спинного мозга. Они образуют скопления — спин но моз го вые ган г лии, по хо жие на взду тия на зад них ко реш ках. Ак со ны дви га тель ных ней ро нов по ки да ют спин ной мозг в со ста ве передних корешков, идущих от передних рогов. По ним от спинного мозга идут двигательные команды к различным органам. В межпозвонковых от вер сти ях пе ред ние и зад ние ко реш ки со еди ня ют ся, об ра зуя смешанные нервы. От спинного мозга отходит 31 пара таких смешанных нер вов. Разнообразие функций, осуществляемых спинным мозгом, чрезвычайно велико. Но из них можно выделить две основные — проводящую и рефлекторную (функция автоматического бессознательного регулирования). Первая заключается в том, что по волокнам белого вещества спинного мозга непрерывно движутся информационные потоки: в головной мозг «поднимается» информация от кожных и мышечных рецепторов, а от центров головного мозга в спинной мозг «спускаются» двигатель ные ко ман ды. Ре флек тор ная функ ция спин но го моз га обус лов ле на в пер вую очередь тем, что в нём находятся центры множества двигательных рефлексов: мочеиспускания, регуляции температуры тела, метаболизма тканей, управления величиной просветов сосудов и многих других. 17.4. Передние и задние корешки спинного мозга, смешанные нервы • Какие корешки содержат аксоны чувствительных нейронов, а какие -двигательных? § 17-18. Центральная нервная система 97 Нейроны головного мозга по восходящим путям спинного мозга получают информацию о событиях, происходящих в нашем теле, а по нисходящим посылают управляющие команды нейронам спинного мозга. Частичное и тем более полное повреждение спинного мозга вызывает резкие нарушения его деятельности ниже места разрушения. Люди с ранениями и переломами позвоночника, затронувшими спинной мозг, теряют чувствительность и способность к движениям частей тела ниже места перелома. Вегетативная нервная система Нервную систему можно условно разделить на части не только по анатомическим признакам, а исходя из задач, которые они решают. Этот принцип лежит в вычленении вегетативной нервной системы, которая состоит из двух частей: центральной, включающей в себя нервные центры, лежащие в центральной нервной системе, и периферической, состоящей из ганглиев и нервов, находящихся за пределами центральной нервной системы. Сознательно человек может управлять практически только мышцами, обеспечивающими движения тела, все остальные системы органов работают без его вмешательства. Управление и контроль выполнения всеми органами своих задач и обязанностей возложены на вегетативную нервную систему. Её работа не подчиняется воле человека, поэтому её второе название — автономная нервная система. Нельзя, например, по желанию ускорить процесс пищеварения или сузить кровеносные сосуды. Однако известны исключения. Например, работа некоторых мышц анального отверстия и мочевого пузыря находится под контролем сознания и человеку приходится обучаться управлять ими. Вегетативная система, в свою очередь, подразделяется на симпатическую и парасимпатическую системы (рис. 17.5). Действие этих систем в большинстве случаев противоположно: повышение активности симпатической системы тормозит противоположное по действию влияние парасимпатической системы. Такое взаимодействие создаёт возможность быстрой и точной регулировки работы внутренних органов, поддержания стабильности внутренней среды в различных условиях. Выделение вегетативной нервной системы на первый взгляд кажется произвольным, а её величина - неопределённой. Действительно, в неё входят: 1) значительная часть периферических нервов, хотя и не все; 2) внушительная часть центральной нервной системы. При этом к ве гетативной нервной системе относится большая часть центров спинного мозга и многие центры головного (например, в продолговатом мозге и гипоталамусе), хотя и далеко не все. В чём же причина её выделения? 98 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 17.5. Симпатическая (жёлтая) и парасимпатическая (оранжевая) системы, их связь с ЦНС • Где расположены нервные узлы, посылающие сигналы внутренним органам в симпатической и парасимпатической системах? Оно оправдано и целесообразно с функциональной точки зрения. Ведь это не что иное, как «департамент» бессознательного (автоматического) контроля за работой исполнительных органов. Как и во всей периферической нервной системе, от рецепторов к нервным центрам идёт информация о работе органов. Обратно идут «директивы» автоматической (бессознательной) коррекции. Разница лишь в том, откуда исходят «директивы». Это не приказы высших отделов центральной нервной системы, в которых участвует воля человека, а указания «департамента» автоматического бессознательного регулирования, свойственного вегетативной нервной системе. Тела нейронов, передающих сигналы скелетным мышцам, расположены в головном и спинном мозге. Характерная особенность вегетативной нервной системы состоит в том, что тела нейронов, передающих приказ мускулатуре внутренних органов и железам, лежат за пределами центральной нервной системы и образуют скопления - ганглии. От них аксоны направляются к органам-мишеням, которым и адресован управляющий сигнал. Нервы, связывающие спинной мозг и ганглии, называют преганглионарными, а нервы, идущие от ганглиев к органам-мишеням, - постганглионарными. В симпатической нервной системе преганглионарные волокна выходят из грудного и поясничного отделов спинного мозга. Они довольно короткие, так как ганглии симпатической системы располагаются двумя цепочками справа и слева от позвоночника и соединены нервными волокнами. От ганглий к органам-мишеням идут длинные постганглионарные волокна. Ганглии парасимпатической системы лежат поблизости или внутри органов-мишеней, поэтому парасимпатические преганглионарные волокна очень длинные, а постганглионарные - короткие. Как работает вегетативная нервная система Ко многим внутрен ним ор га нам — лёгким, сердцу, слюн ным желе зам, мочевому пузырю, половым железам — подходят нервы как симпатической, так и парасимпатической системы. Чтобы понять, как работает симпатическая система, лучше всего представить себе сильно возбуждённого или напуганного человека. Зрачки его расширены и пропускают много света, сердце бьётся часто, а каждое сокращение более мощное, чем обычно, мозг и мышцы снабжаются кровью гораздо обильнее, чем в покое, а внутренние органы — меньше, процессы пищеварения замедля- § 17-18. Центральная нервная система 99 ются, а дыхание учащается, клетки печени выбрасывают в кровь топливо — глюкозу. Можно сказать, что симпатическая нервная система — это «служба спасения» нашего организма; она мобилизует все ресурсы, необходимые в чрезвычайных условиях, и её действие усиливается при стрессе и эмоциональном напряжении. Если же начинает преобладать активность парасимпатической системы, наш организм приходит в состояние покоя и отдыха. Большое количество крови поступает в кишечник, пищеварение усиливается, снижаются частота и сила сердечных сокращений, сужаются зрачки, дыхание успокаивается. Иначе говоря, парасимпатическая нервная система защищает нас от перенапряжения и истощения, способствует расслаблению организма и восстановлению его энергетических запасов. Можно предположить, что две эти противоположные по действию системы работают попеременно. На самом деле, в случае, когда какой-либо орган получает стимулирующий сигнал со стороны одной из этих систем, другая почти сразу начинает тормозить его активность. Такой двойной нервный контроль желёз, кровеносных сосудов, сердца, кишечника и внутренних мышц глаз обеспечивает гармоничную деятельность всех органов тела, спасает нас от перевозбуждения. Интересно, что животные и люди могут переносить почти полное выключение симпатической нервной системы без видимых последствий. А вот нарушение работы парасимпатической системы приводит к сбоям в работе механизмов терморегуляции, поддержания постоянного кровяного давления и, как следствие, быстрой утомляемости при физической нагрузке, а также многих других механизмов, которые позволяют нам приспосабливаться к меняющимся условиям внешней среды. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Центральная нервная система осуществляет управление работой всего организма и контролирует успешность его функционирования. С помощью периферической нервной системы управляющие сигналы передаются всем органам. Важнейшую роль в рефлекторном (автоматическом) бессознательном регулировании деятельности органов играет спинной мозг. Важна и его роль в проведении нервных импульсов. Вегетативная нервная система объединяет элементы, участвующие в бессознательном управлении работой всех внутренних органов. Входящая в неё симпатическая нервная система мобилизует организм, а парасимпатическая - способствует его расслаблению. Эти две подсистемы работают, постоянно контролируя друг друга. Такой двойной нервный контроль обеспечивает гармоничную деятельность всех органов тела. 100 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Центральная и периферическая нервные системы. Спинной мозг, спинномозговой канал. Вегетативная нервная система: симпатическая и парасимпатическая ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Как распределяются «обязанности» между разными частями нервной системы? 2. • Каковы строение и функции спинного мозга? 3. • Какая главная особенность вегетативной нервной системы? Чем она управляет? 4. • В чём отличие действия симпатической и парасимпатической систем? 5. • Вирус полиомиелита поражает нервную ткань. При этом заболевании часто наблю- дают паралич верхних и нижних конечностей. Поражение каких нейронов может привести к такому параличу? 6. • Известно, что некоторым функциям, которые выполняет вегетативная нервная система, человек может обучиться. В чём опасность таких упражнений? 7. • Поработайте в паре: пусть один называет действие того или иного органа человека, а второй определяет, как регулируется его деятельность: сознательно или бессознательно. § 19. Головной мозг 101 § 19. Головной мозг ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Если рассматривать мозг лягушки, легко можно увидеть все его отделы. Факт 2. Если рассматривать мозг человека, то будут хорошо видны только большие полушария. • В чём состоит разница? Предложите свой вариант основного вопроса к уроку и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как устроен спинной мозг и каковы его функции? (§ 17-18) • Что такое периферическая нервная система? (§ 17-18) • Какова роль вегетативной нервной системы? (§ 17-18) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • В чём человек превосходит животных, а в чём уступает им? • Что свидетельствует об отсутствии жёсткого разделения функций между отдельными структурами мозга? • Из каких отделов состоит мозг и с какими функциями они связаны? • Какие отделы мозга отвечают за вегетативные (бессознательные) функции, а какие функции подчиняются нашей воле? Удивительный мозг Наш мозг обладает удивительными свойствами. Мы умеем мыслить, разговаривать, решать очень сложные задачи, создавать конструкции, которых никогда не было в природе. И всё это благодаря мозгу. Сравнивая структуру и функции мозга человека и животных (рис. 19.1), попытаемся ответить на вопрос, в чём же уникальность человеческого мозга. Мы не умеем плавать, подобно дельфину, и нам далеко до точности прыжков серны. Зато мы лучше других справляемся с такими задачами, как наблюдение, ана- 19.1. Мозг лягушки и человека лиз и синтез, при решении очень слож- • Какие отделы мозга человека ных проблем. особенно развиты? 102 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Эти зада чи под силу не каждому. И дей ст вительно, мозг чело века — чрезвычайно сложная структура, которую образуют более 100 млрд нервных клеток. Они собраны в округлые скопления — ядра, расположенные между белым веществом, или покрывают относительно тонким слоем поверхность каких-то отделов мозга — и тогда их называют корой. Функционирование мозга - результат сложного взаимодействия многих его структур Нейроны каждого ядра и участков коры образуют свойственный только этой структуре набор клеток разной формы, которые связаны друг с другом совершенно определённым образом. Изучая клеточное строение мозга под микроскопом, по картине расположения нейронов можно узнать, что это за структура. Многие годы учёные пытаются понять, какова «специализация» каждой из структур. И вот что удивительно. Вот уже более полувека, например, известно, какие структуры мозга связаны с управлением движениями, но как они работают в тот момент, когда человек движется, и какая структура «принимает решение» о том, какое движение нужно совершить, так и остается неясным. Учёные пришли к выводу, что функции мозга, будь то организация движений или элементы поведения, - результат сложного взаимодействия многих его структур, каждая из которых работает по-своему. В отличие от других систем органов человеческого тела, например кровеносной, где мы можем достаточно точно определить, какую часть общей работы выполняют сердце или сосуды, для заключений о функциях структур мозга у человечества пока недостаточно знаний. Можно только сказать, в выполнении какой общей задачи они принимают участие. Поэтому, когда мы будем говорить о функциях того или иного отдела мозга, необходимо помнить, что, во-первых, это не единственная, а главная на данный момент известная функция и, во-вторых, в её выполнении принимают участие и многие другие отделы мозга. Строение головного мозга Глядя на головной мозг человека (рис. 19.3), трудно поверить, что это расширенный передний конец спинного мозга, уж очень велико расширение. Но тем не менее это так. Три оболочки — твёрдая, мягкая и паутинная — продолжаются со спинного мозга на головной, образуя единый покров, а спинномозговой канал продолжается в головной мозг и образует внутренние полости мозга — желудочки (рис. 19.2), заполненные жидкостью. В головном мозге выделяют пять основных отделов: продолговатый мозг, задний мозг, средний мозг, промежуточный мозг, передний мозг. Отделы, примыкающие к спинному мозгу, сходны с ним по строению, но, чем дальше, тем это сходство меньше. Продолговатый мозг - «начальник» вегетативной нервной системы Продолговатый мозг по строению похож на спинной. Так же как и через спинной мозг, через продолговатый идут проводящие пути, связывающие все структуры головного мозга со спинным и перифериче- § 19. Головной мозг 103 ской нервной системой. Борозды спинного мозга продолжаются и на продолговатый, однако серое вещество не образует сплошного тяжа, а расположено отдельными скоплениями — ядрами. Продолговатый мозг выполняет значительную часть работы по управлению независимыми от нашего сознания функциями организма. Он обеспечивает автоматическую работу дыхательной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и других систем с помощью вегетативной нервной системы. Не случайно серьёзные повреждения продолговатого мозга приводят к смерти. Задний мозг - «редактор» поз и движений Две основные структуры заднего мозга — мост и мозжечок. Мост — анатомическое и функциональное продолжение продолговатого мозга. Через мост, как и через продолговатый мозг, также идут проводящие пути, и в нём есть ядра. Мост также принимает участие в регуляции жизненных функций организма и играет важную роль в переключении двигательных сигналов, идущих из коры больших полушарий в мозжечок. Мозжечок расположен позади продолговатого мозга и моста, под затылочными долями больших полушарий. Этот отдел нервной системы связан со всеми структурами мозга, имеющими отношение к управлению движениями. Он получает информацию от вестибулярной системы и системы мышечной чувствительности. Мозжечок участвует в управлении точными согласованными движениями, отвечает за сохранение равновесия, развитие двигательных навыков, когда движение из контролируемого нашим сознанием при многократных повторах переходит в разряд «автоматических», выполняемых без участия или почти без 104 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма участия сознания. Вспомните, как трудно научиться ездить на двухколёсном велосипеде - сначала приходится контролировать каждое своё движение, но затем наступает момент, когда вы перестаёте думать о том, как скоординировать свои движения, и просто наслаждаетесь быстрой ездой. Да и ходить, и бегать, не теряя равновесия, мы учимся не один год. Мозжечок хранит память о ранее заученных движениях. Например, при переходе ручейка по бревну мозжечок активирует все известные нам механизмы сохранения равновесия и правильного положения тела. Снаружи мозжечок покрыт тонким слоем серого вещества - корой, а в глубине структуры можно видеть ядра. Остальное пространство заполнено белым веществом. Средний мозг - регулятор активности Спереди от мозжечка находится средний мозг. Верхняя часть среднего мозга состоит из четверохолмия — четырёх небольших бугорков. Это зрительные и слуховые центры, направляющие потоки зрительной и слуховой информации в кору больших полушарий и принимающие участие в управлении мускулатурой глаз. Другие ядра среднего мозга участвуют в регуляции состояний бодрствований и сна, двигательной и эмоциональной активности. Черепно-мозговые нервы От продолговатого мозга, моста и среднего мозга, так же как и от спинного, отходят парные нервы. Поскольку они выходят через отверстия в черепе, их называют черепно-мозговыми. Каждая из 12 пар этих нервов имеет не только номер и собственное название, но и выполняет специфическую, присущую только ей функцию. Так, черепно-мозговые нервы 1, 2 и 8-й пары обслуживают соответственно обоняние, зрение и слух, а нервы 5-й пары связаны с кожной и мышечной чувствительностью головы. Другие нервы обслуживают вкусовую чувствительность, глазные мышцы, мышцы языка и ротовой полости, кожу головы, мимические мышцы и т.д. Особого внимания заслуживают нервы 10-й пары. Эти два нерва принадлежат вегетативной нервной системе. Их не случайно называют блуждающими: многочисленные ветви этих нервов идут к сердцу, лёгким, кишечному тракту, органам шеи. Промежуточный мозг Ключевые структуры промежуточного мозга — это таламус и гипота-лгамус. Таламус — ещё один центр переключения нервных импульсов зрительных и слуховых путей. Это своего рода ворота, через которые в кору больших полушарий поступает информация об окружающих нас внешних условиях и о состоянии нашего тела. § 19. Головной мозг 105 Под таламусом расположен гипоталамус — главный центр, принимающий участие в контроле и управлении вегетативной нервной системой. Передние области гипоталамуса — зона парасимпатических влияний, а задние — симпатических. В гипоталамусе расположено большое количество нейронов, реагирующих на изменение состояния внутренней среды организма. Так, при понижении концентрации глюкозы в крови возбуждается находящийся здесь центр голода и насыщения. В гипоталамусе находятся центры жажды и терморегуляции, а также запуска положительных и отрицательных эмоциональных реакций, страха, агрессии и др. Нервная и эндокринная системы регулируют работу организма. Роль координатора в значительной степени принадлежит гипоталамусу. Через гипофиз — главную эндокринную железу — он оказывает влияние практически на все железы внутренней секреции. Большие полушария - «верховный главнокомандующий» организма Даже при первом взгляде на мозг сразу видны два крупных образования — большие полушария. Покрывающее их серое вещество называют корой больших полушарий. Далеко не все сигналы от рецепторов достигают коры. Многие задачи решаются другими структурами автоматически, как было отмечено в предыдущем параграфе. Если автоматический ответ не приводит к желаемому результату, включается механизм сознательной регуляции. Например, ощутив боль, мы начинаем искать причину, её вызвавшую, а затем и способ её устранения. Поверхность полушарий собрана в складки. Выступающие части поверхности коры образуют извилины, а углубления - борозды. За счёт борозд и извилин поверхность мозга, а значит, и площадь коры увеличиваются в 30 раз. В результате возрастает и число её нейронов. Детальный анализ строения коры показал, что в разных её участках оно неодинаково. Это связано с различными функциями участков коры. Её участки, выполняющие различные функции, носят названия полей или зон коры (рис. 19.4). Каждое поле связано с выполнением определённых задач. В коре есть большое количество зон, отвечающих за обработку сигналов от органов чувств. Это 19.4. Поля коры: 1 - центр рассудочной деятельности; 2 - двигательный центр; 3 - центр тактильной чувствительности; 4 - центр речи; 5 - центр слуха; 6 - центр обоняния; 7 - центр анализа устной речи; 8 - центр анализа письменной речи; 9 - зрительный центр 106 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма чувствительные или сенсорные поля — зрительные, слуховые, тактильные. Здесь же, в коре, имеются поля, обеспечивающие управление движением, отвечающие за положение тела в пространстве, а также зоны с более сложными функциями — речи, узнавания лиц и др. Под корой полушарий головного мозга, состоящей из серого вещества, лежит слой белого вещества. В нём находятся большие ядра, которые по расположению там называют — подкорковые. Они получают информацию практически от всех областей коры и, по-видимому, играют значительную роль в принятии решений о двигательных командах, обучении и, вероятно, в сознательной деятельности мозга. Внешне полушария очень похожи, но функции их различны. Левое полушарие управляет органами правой стороны тела, а правое - левой стороны. Кроме того, левое полушарие связано с логическим, а правое — с образным мышлением. Левое и правое полушария соединяет мозолистое тело — толстая перемычка из белого вещества, состоящая из миллионов нервных волокон. Эти волокна позволяют объединять, сопоставлять и анализировать информацию, полученную каждым из полушарий. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Продолговатый и промежуточный мозг участвует в управлении работой вегетативной нервной системы. Мозжечок - одна из структур двигательной системы - участвует в организации точных согласованных движений и сохранении равновесия. Средний мозг - один из центров в цепи переработки информации от органов зрения и слуха. Большие полушария -кора и подкорковые ядра - высший отдел центральной нервной системы -ведают сознательной деятельностью человека и формированием автоматических программ в процессе обучения. Головной мозг, продолговатый мозг, мозжечок, средний мозг, промежуточный мозг, гипоталамус, большие полушария мозга, кора больших полушарий ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Почему большие полушария мозга человека закрывают все остальные отделы мозга? 2. • Что такое кора? 3. • С выполнением каких функций связаны разные отделы головного мозга? 4. • Как вы думаете, почему ткани мозга нечувствительны к боли? 5. • Как вы думаете, отчего так трудно точно определить, какую роль в работе мозга играет та или иная структура? 6. • Поработайте в паре: пусть один называет отделы головного мозга, а второй -их функцию. § 20. Управляющие вещества 107 § 20. Управляющие вещества ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Нервы - «провода»: они идут от одной точки к другой. Факт 2. Химические сигналы распространяются медленно, но могут осуществлять рассылку сигнала, адресованного многим органам. • Сравните два факта? Чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант основного вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как нервный сигнал достигает адресата? (§ 15) • Почему химические сигналы действуют медленно? (§ 15) • Что такое эндокринная система и какова её роль? (§ 2) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Клеткам многоклеточного организма для согласования процессов деления, координации функций и организации в ткани необходимо обмениваться информацией друг с другом. На самых ранних этапах развития зародыша, задолго до формирования нервной системы, средством «общения» между клетками служат специальные сигнальные вещества. Наряду с нервной системой они управляют нашим организмом и дальше в течение всей жизни. Транспортным средством для этих веществ является внутренняя среда организма — кровь, лимфа и межклеточная жидкость. Эту систему управления организмом называют гуморальной регуляцией. Изучение физиологического действия сигнальных веществ привело к пониманию многих механизмов формирования организма человека, перемен, происходящих с ним во время роста и полового созревания, его устойчивости к воздействиям окружающей среды. Биологически активные вещества в нервной системе, межклеточной жидкости, крови и лимфе • Как распространяются биологически активные вещества? Как они взаимодействуют с синапсами? Действие сигнальных веществ основано на их способности изменять характер обмена веществ в клетках органов, чувствительных к этому веществу (органов-мишеней). Они могут увеличивать или угнетать активность ферментов, менять проницаемость мембран и многими другими способами влиять на обмен веществ конкретной клетки. Поэтому сигнальные вещества называют биологически активными веществами. 108 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма В нашем организме действует большое количество различных биологически активных веществ. Например, нейромедиаторы, использующиеся в синапсах нервных клеток. Расстояние между мембранами клеток в синапсе составляет миллионные доли миллиметра, сигнал адресован очень точно и передаётся за тысячные доли секунды. Другие клетки, вырабатывающие биологически активные вещества, не образуют специальных структур, похожих на синапс. Но они расположены так близко к клеткам-мишеням, что передача сигнального вещества происходит с помощью диффузии, минуя течение крови или лимфы. И, наконец, существует третий тип клеточной химической сигнализации. В этом случае биологически активные вещества разносятся кровью и действуют на клетки-мишени, которые могут находиться в самых отдалённых частях организма. Такие вещества называются гормонами, а сигнализация в отличие от других случаев гуморальной регуляции - эндокринная. Скорость передачи сигнала в этом случае значительно ниже, чем в двух предыдущих, но он, как правило, адресован многим клеткам-мишеням, расположенным далеко от клеток, секретирующих биологически активные вещества. Гормоны регулируют процессы обмена веществ в клетках органов или систем органов, поэтому они влияют на рост и развитие организма в целом. 20.1. Схема разных типов химической сигнализации • Каким образом обеспечивается адресная направленность в разных типах химической сигнализации? Биологически активные вещества действуют на клетки-мишени • Почему биологически активные вещества действуют не на все клетки? Химический сигнал адресован многим, но не всем клеткам организма, а только строго определённым. Как их найти, если гормоны транспортируются кровью, а клетки расположены далеко? Дело в том, что клетка-мишень реагирует на сигнальное химическое вещество только в том случае, если на её мембране есть специальные белки-рецепторы, которые «узнают» молекулу и «считывают» информацию, закодированную в ней (рис. 20.2). Таким образом, принцип дей- § 20. Управляющие вещества 109 ствия биологически активных веществ напоминает радиосвязь, когда посылаемый в эфир сигнал адресуется «всем, всем, всем». Но этот сигнал доходит до адресата только при наличии у него приёмника, точно настроенного на волну данной станции. Подобно этому в организме сигнальное вещество хоть и достигает с током крови всех органов и тканей, но действует только на те клетки, у которых есть специальные рецепторы, узнающие именно эту молекулу. На мембране каждого типа клеток организма располагается характерный, свойственный ему набор белков-рецепторов. Можно сказать, что это программа ответов клеток на сигнальные вещества. Количество рецепторов каждого типа может меняться в зависимости от физиологического состояния организма, а вместе с количеством меняется и чувствительность клетки к определённому сигнальному веществу. Одинаковые сигнальные молекулы на разные клетки могут оказывать различное действие. Например, медиатор ацетилхолин силу сокращения скелетной мускулатуры увеличивает, а сердечной мышцы - уменьшает. Дело в том, что рецепторы ацетилхолина волокон скелетной и сердечной мышц отличаются друг от друга. Один в поле не воин • Объясните, какой смысл в названии этой рубрики. Что и как регулируют гормоны? Гормоны действуют на организм по-разному. Некоторые из них обеспечивают нормальное развитие организма, определённую последовательность запуска программ развития тканей, органов и систем. Действие таких гормонов, как правило, ограничено каким- 20.3. Действие одинаковых сигнальных молекул на разные клетки • Почему одни и те же молекулы оказывают неодинаковое действие на клетки разных тканей? сигнала 110 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма то возрастным периодом жизни человека. Например, действие гормона роста в период развития организма. Другие гормоны отвечают за способность отдельных органов и их систем увеличивать или уменьшать свою активность в ответ на изменения внешней и внутренней среды, обеспечивая постоянство последней. Действие этих гормонов быстро и кратковременно. Например, при повышении уровня глюкозы в крови гормон инсулин в считаные секунды заставляет клетки печени и мышц поглощать её — и концентрация глюкозы в крови падает. Гормоны третьей группы сами не оказывают влияния на клетки организма, но создают условия для действия других гормонов. Разные гормоны находятся в сложном взаимодействии друг с другом, и, как правило, действие каждого из них зависит от присутствия какого-то одного или нескольких других. Железы внешней и внутренней секреции • Что продуцируют гормоны? Клетки, вырабатывающие и выделяющие биологически активные вещества, обычно собраны в специальные органы — железы. В нашем организме существует две системы желёз. Железы одной из этих систем имеют протоки, через которые биологически активные вещества выделяются во внешнюю среду. Их называют железами внешней секреции, или экзокринными железами. Это слёзные, слюнные, потовые железы, печень. Гормоны выделяются клетками непосредственно во внутреннюю среду — межклеточную жидкость, а затем с помощью диффузии проникают в капилляры и разносятся кровью по организму. В связи с этим скопления клеток, вырабатывающих гормоны, не имеют специальных протоков для их выведения и называются железами внутренней секреции, или эндокринны- 20.4. Железы внутренней секреции • Почему в отличие от этих желёз печень относят к железам внешней секреции, ведь она не выделяет вещества на поверхность тела? § 20. Управляющие вещества 111 ми (рис. 20.4). К ним относятся: гипоталамус, гипофиз, надпочечники, щитовидная, паращитовидные. Некоторые железы выполняют как внешнесекреторную, так и внутрисекреторную функцию. Их называют железами смешанной секреции. Примером может служить поджелудочная железа. Часть её клеток вырабатывает ферменты, поступающие по протокам в пищеварительный тракт, в то время как другая выделяет гормоны, поступающие в кровь. Каждая эндокринная железа вырабатывает несколько гормонов, часто совершенно различных по своему действию. Однако одни и те же гормоны могут вырабатываться разными железами. Скорость распространения гормонов определяется скоростью диффузии и кровотока, поэтому она невысока. Обычно требуется несколько минут, чтобы гормон достиг своей мишени. В межклеточной жидкости и крови концентрация гормонов резко падает, однако они способны действовать в чрезвычайно низких концентрациях. Например, 1 г гормона инсулина достаточно, чтобы понизить уровень сахара в крови 125 тыс. кроликов. С одной стороны, повышение концентрации гормона приводит к усилению его дей ствия, поэтому важно, чтобы он не накапливался в организме. Некоторые из гормонов выводятся из организма с мочой, другие претерпевают химические изменения и теряют свои свойства. С другой стороны, для поддержания роста, жизнедеятельности и развития организма требуется определённый уровень гормонов в крови, а значит, необходимо постоянное их выделение соответствующей железой. В здоровом организме существует равновесие между активностью эндокринных желёз и ответом клеток-мишеней. Иногда необходимое организму равновесие нарушается, и возникает избыток или недостаток того или иного гормона. Чем меньше гормона в крови, тем интенсивнее вырабатывают его клетки железы, и наоборот. 20.5. Строение молекулы инсулина Если по какой-то причине гормоны производятся железой в избытке, говорят о её гиперфункции, а когда в недостатке — о гипофункции. При значительных отклонениях выработки того или иного гормона возникают эндокринные заболевания. Итак, гормоны — это биологически активные вещества, которые вырабатываются в организме специализированными клетками или железа- 112 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма ми, транспортируются током крови к различным органам и регулируют их работу. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Биологически активные вещества обеспечивают все функции управления в организме на малых расстояниях (между соседними клетками и даже внутри клеток). В многоклеточном организме химические сигналы-гормоны вырабатываются железами внутренней секреции и распространяются на большие расстояния с помощью крови и лимфы. Гормоны управляют разнообразными функциями организма и адресованы, как правило, нескольким органам-мишеням. Биологически активные вещества, гормоны, железы внутренней и внешней секреции ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое биологически активные вещества? 2. • Какие биологически активные вещества называются гормонами? 3. • Что такое железы внутренней секреции? 4. • В чём преимущества и недостатки передачи химических сигналов по сравнению с нервными? 5. • Подумайте, как можно афористически назвать этот параграф. 6. • Какие биологически активные вещества действуют в клетке? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 21. «Две власти» 113 § 21. «Две власти» ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Нервная регуляция организмом осуществляется с помощью электрических импульсов. Факт 2. Гуморальная регуляция осуществляется с помощью управляющих веществ. • Сравните два факта. Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какую роль играет гипоталамус? (§ 19) • Чем отличается симпатическая и парасимпатическая нервные системы? (§ 17-18) • Что такое железы внутренней секреции? (§ 20) • Как гормон воздействует на органы? (§ 20) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Гормональные сигналы действуют в десятки раз медленнее, чем электрические сигналы нервной системы, гормоны контролируют те функции организма, для запуска или регуляции которых требуются минуты, часы, а иногда месяцы и даже годы. Однако связь между нервной и эндокринной регуляцией настолько тесная, что правильнее говорить о нейрогуморальной регуляции деятельности нашего организма. Каким образом взаимодействуют столь различные по способу действия системы? Центр управления химической регуляцией расположен в гипоталамусе • Как нервная система командует химической регуляцией? Мы уже упоминали о необычайно важном отделе промежуточного мозга — гипоталамусе. Это один из главных нервных центров регуляции жизнедеятельности нашего организма, а также орган, в котором эндокринная и нервная системы взаимодействуют друг с другом. Гипоталамус получает информацию об изменениях во внешней и внутренней среде и принимает решения о том, что необходимо изменить в работе организма. Многие клетки гипоталамуса сочетают в себе свойства нейрона и эндокринной клетки, поэтому их называют нейроэндокринными. Аксоны этих клеток образуют тесные контакты с капиллярами, несущими кровь к гипофизу — эндокринной железе, расположенной у основания головного мозга. В ответ на электрические сигналы нейронов различных отделов мозга нейроэндокринные клетки выделяют в кровь гормоны, 114 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 21.1. Влияние гипоталамуса и гипофиза на другие железы внутренней секреции • Какие железы вырабатывают командные гормоны, а какие - гормоны-исполнители? каждый из которых стимулирует или подавляет выработку гормонов клетками гипофиза. В свою очередь, гормоны гипофиза управляют деятельностью других эндокринных желёз. Такая сложная многоступенчатая система регуляции функций организма, в которой тесно взаимодействуют нервный и эндокринный механизмы, позволяет очень тонко координи ровать деятельность органов, тканей и клеток. Связь гипоталамуса и гипофиза так тесна, что их объединяют в единую гипотала-мо-гипофизарную систему. Гипофиз - главный регулировщик • Почему гипофиз назван главным регулировщиком? Какие гормоны вырабатывает эта железа? Итак, гипофиз занимает особое место в системе желёз внутренней секреции. С помощью своих гормонов он регулирует рост, развитие и работу других эндокринных желез, таких, как надпочечники, щитовидная и половые железы. Эти гормоны можно назвать командными. Секреция командных гормонов усиливается при стрессе, их недостаток § 21. «Две власти» 115 сказывается на функции многих эндокринных желёз, поэтому гипофиз называют «эндокринным мозгом». Под управлением гипоталамуса эта эндокринная железа принимает участие в регуляции обмена веществ, эмоционального состояния, психической активности и прочих важнейших функций нашего организма. Гипофиз вырабатывает не только командные гормоны, но и гормоны-исполнители, непосредственно влияющие на органы и ткани организма. Среди них — гормон роста, или соматотропин, один из важнейших гормонов эндокринной системы. Он способствует поступлению аминокислот в клетки, усиливает синтез белка, повышает синтез нуклеиновых кислот и тем самым ускоряет рост и деление клеток, стимулирует рост тела. При недостатке этого гормона у детей резко замедляется рост, и человек на всю жизнь остаётся карликом, ростом около 120 см. Если же выработка гормона избыточна, развивается гигантизм и рост человека может достигнуть 240—250 см. Иногда выработка гормона роста значительно повышается у взрослых людей, рост тела которых уже завершён. В этом случае увеличиваются в размерах те части тела, которые ещё способны расти, — пальцы рук и ног, кисти и стопы, нос и нижняя челюсть, язык, органы грудной и брюшной полостей. Это — заболевание, оно называется акромегалией. При чём тут иод? • Зачем нужна иодированная соль? Вы наверняка неоднократно слышали о том, что иод необходим для нашего организма, и знаете, что существуют медицинские препараты, содержащие этот элемент, а в пищу рекомендуют употреблять только йодированную поваренную соль. Как связан иод с эндокринной системой? Дело в том, что он входит в состав гормонов одной из эндокринных желёз — щитовидной. Её важнейший гормон — тироксин — повышает интенсивность обмена веществ в организме. Недостаточная выработка гормонов щитовидной железы в детском возрасте приводит к задержке роста, нарушению пропорций тела, полового и умственного развития. Такое заболевание называется кретинизмом. У взрослых людей недостаток гормонов щитовидной железы ведёт к развитию вялости, сонливости, апатии, снижению интеллекта, угнетению обмена веществ. У таких больных развивается отёк тканей — болезнь под названием «микседема», т.е. «слизистый отёк». Повышенная функция щитовидной железы также может быть опасной для здоровья и при- 21.2. Больная болезнью базедовой 116 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма водит к развитию базедовой болезни (рис. 21.2). В результате нарушения метаболизма больной испытывает постоянное сильное чувство голода, но, несмотря на потребление большого количества пищи, он сильно худеет. Заболевание сопровождается учащённым сердцебиением, повышенной нервной возбудимостью, увеличением щитовидной железы, изменением глаз. Недостаточная секреция гормонов щитовидной железы часто встречается у людей, проживающих в местностях, где в воде и почве мало иода. Именно поэтому в настоящее время широко проводится иодная профилактика. Проблемы с сахаром • Зачем организму нужен сахар и как регулируется его концентрация в крови? Поджелудочная железа относится к железам смешанной секреции (рис. 21.3). Среди её клеток, вырабатывающих пищеварительные ферменты, разбросаны скопления клеток, вырабатывающих гормоны. Важнейшие гормоны поджелудочной железы — инсулин и глюкагон — поддерживают постоянный уровень глюкозы в крови. Глюкоза — основной источник энергии для наших клеток, поэтому некоторое её количество должно всегда присутствовать в крови, чтобы снабжать энергией те клетки, в которых нет запаса этого вещества, например клетки мозга. Если в организм поступает большее количество глюкозы, чем необходимо в данный момент, и её содержание в крови повышается, клетки поджелудочной железы начинают вырабатывать инсулин. Этот гормон способствует большему притоку глюкозы внутрь клеток, созданию её запаса в форме гликогена, а также накоплению других веществ — потенциальных источников энергии (жира, белка). Благодаря действию инсулина уровень глюкозы в крови снижается. Клетки, вырабатывающие пищеварительные ферменты Клетки, вырабатывающие гормоны 21.3. Строение поджелудочной железы • Почему поджелудочную железу считают железой смешанной секреции? § 21. «Две власти» 117 Если же по какой-то причине уровень глюкозы в крови становится ниже необходимого для организма уровня, поджелудочная железа начинает вырабатывать глюкагон. Его название говорит само за себя. Он «гонит» глюкозу из клеток, активирует расщепление гликогена и стимулирует распад жиров. Благодаря этим двум гормонам-антаго-нистам у нас в организме существует эффективная регуляция использования клетками основного источника энергии — глюкозы. Недостаток инсулина приводит к опасно- 21.4. Схема взаимодействия му заболеванию - сахарному диабету, при глюкагона и инсулина котором ткани организма не могут усваи- • Что означают подъём и сниже-вать сахар. Большое количество глюкозы ние кРивой на графике? накапливается в крови, и её избыток начинает выводиться с мочой. В то же время клетки организма постоянно испытывают недостаток энергии и начинают компенсировать его, используя жировые запасы и тканевые белки, главным образом мышечные. Повышенный уровень глюкозы в крови, её выведение с мочой и использование жиров и белков в качестве источника энергии приводят к чрезмерному мочеотделению, постоянному ощущению сильной жажды и голода. При избытке инсулина количество глюкозы в крови катастрофически уменьшается и наступает гипогликемический шок. «Фабрика» гормонов • За что рубрика получила такое название? Что регулируют гормоны надпочечников? На верхушках почек находятся две железы — надпочечники. Это настоящая «фабрика» гормонов, их здесь вырабатывается несколько десятков. Каждый надпочечник состоит из двух частей: внешней — коры и внутренней — мозгового вещества. Гормоны коры надпочечников активно влияют на обмен, особенно на углеводный и белковый, обмен минеральных веществ и воды. Действие этих гормонов помогает нашему организму не только приспосабливаться к меняющимся условиям среды, но и выживать в экстремальных ситуациях. Мозговое вещество надпочечников вырабатывает всего два гормона — адреналин и норадреналин. Эти гормоны работают под девизом «готовься к битве или бегству». Вы, наверное, помните, что очень похоже действует на организм активация симпатической нервной системы, но гормональный эффект более длительный. Благодаря широкому спектру действия адреналин и норадреналин участвуют в регуляции обмена 118 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма углеводов и жиров, деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем, скелетной мускулатуры и мускулатуры внутренних органов, «готовят» организм к стрессу, сверхусилию, встрече с опасностью. В течение всей жизни человека клетки коры надпочечников вырабатывают мужские и женские половые гормоны. Однако существенную роль они играют только в детском возрасте, когда функция половых желёз ещё слабо развита. Гормоны половых желёз • Что регулируют гормоны половых желёз? Половые железы выполняют в нашем организме двоякую функцию. Во-первых, в них проходит сложный процесс развития и созревания половых клеток, а во-вторых, их железистые клетки вырабатывают половые гормоны, влияющие на все формы деятельности организма, связанные с деторождением. И в мужских, и в женских половых железах вырабатываются как мужские, так и женские гормоны, но в различных соотношениях. Эти гормоны регулируют развитие половых клеток и органов, половое созревание и поведение человека, а также обеспечивают нормальное протекание беременности и подготовку молочных желёз к секреции молока. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Согласование нервной и эндокринной систем осуществляется автоматически через гипоталамус, расположенный в промежуточном мозге. Он управляет работой гипофиза - эндокринной железы, гормоны которой регулируют деятельность всех прочих желёз внутренней секреции и процессы роста. Гормоны щитовидной железы отвечают за интенсивность обмена веществ организма. Гормоны надпочечников активизируют и подавляют активность многих органов, помогают организму выживать в неблагоприятных условиях. Гормоны поджелудочной железы поддерживают уровень глюкозы в крови. Нейрогуморальная связь, гипофиз, щитовидная железа, инсулин, надпочечники ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Какова роль гипоталамуса и гипофиза в регуляции деятельности эндокринных желёз? 2. • Какую роль в жизнедеятельности организма играют железы внутренней секреции: гипофиз, щитовидная железа, надпочечники, поджелудочная железа? 3. • Какие проблемы возникают у больного при недостаточной или избыточной функции изученных желёз внутренней секреции? 4. • Почему недопроизводство гормона лечится легче, чем его же перепроизводство? 5. • Почему пожилые люди нередко страдают от излишней худобы или полноты? 6. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 22-23. Разумное управление организмом 119 § 22-23. Разумное управление организмом ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Управляющий центр может разумно руководить сложным «хозяйством», только передавая часть своих полномочий управляющим низшего звена, так сказать, по прямой связи. Факт 2. Управление бывает эффективным только в том случае, когда центр получает информацию о том, как его приказы исполняются подчинёнными, то есть когда имеется обратная связь. Факт 3. В результате управление превращается в циклический процесс. Управляющий центр приказывает и принимает решение о дальнейших действиях после получения информации об исполнении приказа «на местах». • Как учесть эти принципы разумного управления в жизнедеятельности организма? Чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как нервная и эндокринная системы управляют органами? (§ 21) • Какая часть нервной системы ведает нашими сознательными реакциями? (§ 19) • Из каких частей состоит вегетативная нервная система? В чём их специфика? (§ 17-18) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Автоматическая и сознательная регуляция • Почему в организме сочетается автоматическое регулирование и сознательное (волевое) регулирование? В чём преимущество каждого из них? Представьте себе две ситуации (рис. 22.1 и 22.2). В первом случае ваша реакция мгновенна, во втором — вы не сразу понимаете, что отвлекло ваше внимание. Мы склонны сильнее реагировать на события, происходящие в мире вокруг нас, но не очень замечаем то, что происходит внутри нашего тела, если только там не начинается что-то явно неладное, например, когда мы съели что-нибудь несвежее. Почти всегда нервная система управляет событиями внутреннего мира автоматически, и все действия предпринимаются либо периферической нервной системой, либо нижними отделами центральной нервной системы. Обращение к высшим отделам мозга и сознанию происходит только в тех случаях, когда для принятия решения управляющим системам нижнего звена не хватает прошлого опыта или там нет готовой программы действий. 120 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 22.1. Вы переходите улицу и вдруг видите, что из-за поворота на большой скорости выезжает автомобиль. Ваше сознание и весь предыдущий опыт подсказывают вам, что автомобиль опасен, и вы отскакиваете назад, уступая ему дорогу 22.2. Гуляя по незнакомому городу, вы любуетесь достопримечательностями, но через несколько часов замечаете, что ваше внимание гораздо больше стали привлекать витрины гастрономов и вывески кафе, чем архитектурные памятники. Организм напоминает вам, что вы голодны ' Какова роль сознательных действий в этих случаях? В большинстве случаев мы пользуемся огромным количеством таких программ и выполняем необходимые действия без всяких усилий, не думая о них. Ситуация, требующая быстрой реакции, автоматически сопровождается учащением ритма сердца, увеличением частоты и глубины дыхания, что обеспечивает приток насыщенной кислородом крови к органам. При этом от кожи, почек, кишечника кровоток отводится к мышцам, сердцу, лёгким, мозгу, так что самые важные в данный момент системы получают больше всего питательных веществ и кислорода. А если ситуация очень опасна для нас, гипофиз отдаст команду, объявив дополнительную мобилизацию ресурсов организма: активировать кору надпочечников, вмешаться в углеводный обмен или стимулировать щитовидную железу, чтобы она увеличила «добычу» энергии в клетках. Благодаря тому что высшие отделы мозга освобождены от необходимости следить за деталями внутренней жизни тела, они имеют возможность воспринимать и анализировать события, происходящие вне нашего тела. В результате мы можем приспосабливаться к внешнему миру, мыслить и творить. Сеть «информаторов» • Что контролируют исполнительные системы организма? • Как осуществляется контроль за текущим состоянием организма? Управляющей системе необходима информация о том, что происходит в «подвластном ей государстве», поэтому наш организм напичкан датчиками-рецепторами. Они непрерывно сообщают управляющей системе об изменениях во внешней и внутренней среде. Кровяное давле- § 22-23. Разумное управление организмом 121 ние, содержание кислорода, двуокиси углерода, глюкозы, различных гормонов и других веществ в крови, температура, степень растяжения мышц и сухожилий, информация от всех органов чувств — вот далеко не полный перечень сведений, которые получает нервная система. Всё это примеры обратных связей между органами-исполнителями и управляющими системами мозга. Сигналы рецепторов (обратная связь) передаются центру управления — головному мозгу, где информация обрабатывается. Затем головной мозг посылает команды органам-исполнителям (прямая связь). Некоторые низшие центры, например двигательные, не только посылают команды к двигательным нейронам, но и направляют их копии вышележащим нервным центрам: командиры не должны полностью доверять своим подчинённым — они сами обязаны следить за тем, что происходит в подвластных им структурах. Управление системой транспорта • в чём состоит главная специфика регуляции деятельности сердца? Что влияет на автономный ритм работы сердца? Есть органы, которые должны работать, даже если с управляющей системой что-то случилось. Главный такой орган - сердце, и вы помните, что оно обладает автомати-ей, механизмом, позволяющим ему сокращаться в заданном ритме, даже если нет никаких руководящих сигналов. Это пример управления на уровне низшего звена. Однако нервная и гуморальная системы могут оказывать существенное влияние на работу сердца (рис. 22.3). Симпатическая нервная система - аппарат экстренной мобилизации ресурсов, её сигналы заставляют сердце биться чаще и сильнее. Напротив, парасимпатическая нервная система способствует расслабленной работе органа, отдыху, её сигналы снижают частоту сердечных сокращений. Высшие отделы мозга - гипоталамус, кора больших полушарий и другие -могут оказывать влияние на сердце через те же симпатические и парасимпатические нервные волокна. Вот почему наше сердце начинает биться сильнее и чаще, . Тормозящий Рецепторы растяжения 22.3. Схема регуляции работы сердца • Как изменяется работа сердца во время сдачи экзамена? Найдите на схеме прямую и обратную связь. 122 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма когда мы смотрим фильмы ужасов, и успокаивается, когда выключаем телевизор. На работу сердца влияют гормоны надпочечников - адреналин и норадреналин. Их действие аналогично действию симпатической нервной системы. Это примеры подчинения низшего звена высшему, несмотря на его автономию. Управление системой вентиляции • Как взаимосвязаны вдох и выдох? В управлении дыханием важно обеспечить его ритмичность и регулярность, так как нам необходим постоянный приток кислорода. Но этого мало, ведь во время физических и умственных нагрузок, стрессов обмен веществ в тканях возрастает, а значит, повышается и потребность в кислороде. Увеличить или уменьшить количество кислорода, доставляемого тканям, возможно, только регулируя частоту и глубину дыхания. Управляет дыхательными движениями дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге. Он состоит из нескольких ядер, но его основа — центр вдоха и центр выдоха (рис. 22.4). Нейроны этих центров обладают автоматией. Они периодически самопроизвольно возбуждаются, причем возбуждение центра выдоха сопровождается торможением клеток в центре вдоха и наоборот. Нервные импульсы из центра вдоха поступают к двигательным центрам спинного мозга, откуда управляющие сигналы идут к межрёберным мышцам и диафрагме и вызывают их сокращение. Объём грудной клетки увеличивается, и воздух поступает в лёгкие. Растяжение стенок лёгкого возбуждает специальные рецепторы — и импульсы от них поступают в центр выдоха. Его нейроны активируются и подавляют активность центра вдоха. Поток нервных импульсов к мышцам 22.4.CxeMa регуляции дыхания прекращается, они расслабляют- • Как изменится объём потребляемого воз- ся — происходит выдох. духа во время сна, при ходьбе, беге? § 22-23. Разумное управление организмом 123 Работа центров вдоха и выдоха может измениться под действием нервных сигналов от рецепторов, расположенных в различных системах органов. Главный фактор, определяющий силу и частоту дыхательных движений, — концентрация углекислого газа (СО2) в крови. В сонных артериях, дуге аорты и в ядрах продолговатого мозга есть рецепторы, чувствительные к количеству СО2 в крови и межклеточной жидкости мозговой ткани. Повышение его содержания увеличивает возбудимость структур дыхательного центра, в результате чего усиливается и учащается дыхание. В регуляции функций дыхательного центра могут принимать участие и другие отделы головного мозга, включая кору больших полушарий. Они приводят деятельность центров вдоха и выдоха в соответствие с меняющимся поведением человека, изменяют дыхание при речи, пении. Мы можем произвольно увеличить частоту дыхания или задержать его на несколько секунд, но остановить его невозможно. Увеличить частоту и глубину дыхания может и гормон «мобилизации организма» - адреналин. Есть или не есть? • Что заставляет нас думать о еде? Рецепторы растяжения в стенках желудка сигнализируют не только о его наполненности, но и об отсутствии там пищи (рис. 22.5). Импульсы от этих датчиков — отчётливый сигнал голода. Снижение уровня глюкозы в крови - ещё более тревожный сигнал, который подают рецепторы печени, желудка и тонкого кишечника в промежуточный мозг. Другие нейроны чувствительны к содержанию в крови жирных кислот. Действуя совместно с рецепторами глюкозы, они могут активировать «системы аппетита» в гипоталамусе и побуждать организм к приёму пищи. Снижение выработки тепла организмом — опасный симптом. Он свидетельствует о недостатке «топлива» и также может вызывать чувство голода. Что заставляет нас заканчивать трапезу? Чувство насыщения. Каждый из нас знает, что это не просто исчезновение чувства голода, но и удовольствие от ощущения полноты желудка. Растяжение стенок желудка пищей — фактор насыщения. На этом основаны современные методы снижения аппетита для борьбы с ожирением: в желудок вводят баллон, заполненный жидкостью. Он растягивает стенки желудка и снижает чувство голода. Сигналы рецепторов желудка и тонкого кишечника о присутствии глюкозы и аминокислот в пище, повышение уровня глюкозы в крови, возрастание выработки тепла при переваривании пищи, изменение обмена жиров — всё это факторы, которым мы обязаны приятным чувством насыщения. 124 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма 22.5. Голод и насыщение • Во время опасности мы не ощущаем голода. Почему? Центральная структура нервной системы, отвечающая за возникновение чувств голода и насыщения, — гипоталамус. Обработка информации от всех вышеописанных рецепторов, вероятно, происходит в двух центрах этой структуры: «центре голода» и «центре насыщения». Повреждение первого центра приводит к постоянному чувству насыщения и отказу от пищи, в то время как повреждение второго — к неумеренному её потреблению. § 22-23. Разумное управление организмом 125 Управление движениями • Почему больной, долго лежавший в постели, должен снова учиться ходить? Программирование и выполнение движений — процесс необыкновенно сложный, поэтому в нём принимают участие очень многие отделы нервной системы. Для того чтобы начать движение, нужно ощущать положение тела в пространстве. Для этого необходима обратная связь от органов чувств (чувства равновесия, зрения, слуха). С их помощью в центральной нервной системе создается «карта» окружающего мира. Но и этого недостаточно, ведь нам необходимо иметь и «карту» собственного тела. В мышцах и сухожилиях есть рецепторные клетки, которые всё время сообщают центральной нервной системе о напряжении мышц, позволяют нам чувствовать взаимное расположение костей и суставов. Только после получения всей этой информации мы можем точно выполнять движения, соотнося их с теми событиями, которые происходят вокруг нас. «Карты» окружающего мира и нашего тела сопоставляются в коре больших полушарий. Теперь можно «запускать» движение (прямая связь). Но и это непросто. В любом, даже самом простом движении принимают участие многие мышцы — одни из них сокращаются, другие расслабляются, и очень многие находятся в постоянно напряжённом состоянии, чтобы поддержать тело в равновесии. Создание мозгом программы, позволяющей синхронизовать работу нашей костно-мышечной системы для совершения движений, называется координацией. Точная координация движений складывается не сразу -ребёнок учится ходить и бегать долгое время, прежде чем освоит в совершенстве это искусство. Каждый раз при выполнении движения мозжечок и подкорковые ядра контролируют и корректируют движение, подправляют его программу, исправляют неточности в движениях. Части программ заученных движений существуют в виде рефлексов в спинном мозге и используются для создания новых двигательных программ. Некоторые из рефлекторных движений, запрограммированных 22.6. Координацию движений развивают занятия спортом 126 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма в спин ном моз ге, вы пол ня ются без уча стия высших отделов нервной системы, например, когда мы отдёргиваем руку от источника боли. Но большая часть движений непрерывно корректируется корой больших полушарий с помощью сигналов, идущих от рецепторов мышц и сухожилий. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА В основе функционирования организма лежат циклические процессы. Завершение одной функции включает другую, согласованную с ней (систола - диастола, ускорение сердцебиения - замедление, вдох -выдох, голод - насыщение, шаг левый - шаг правый и т.п.). Приказы центральной нервной системы и гипофиза (прямая связь) корректируются показаниями рецепторов о работе исполнительных органов (обратная связь). Нервная и эндокринная системы регулируют работу внутренних органов автоматически, используя готовые программы действий. Это позволяет освободить высшие отделы мозга от рутинной работы и заниматься обработкой сигналов из внешнего мира. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что необходимо для целесообразного управления? 2. • Найдите в тексте примеры управления на низшем и высшем уровне. 3. • Найдите в тексте примеры прямых и обратных связей. 4. • Какие органы обладают автоматией? Почему? 5. • Что такое координация движений? 6. • Вам наверняка знакома поговорка: «Аппетит приходит во время еды». Правильно ли это утверждение? 7. • Почему вредно есть «на бегу»? 8. • Какие рецепты здорового образа жизни вы сформулируете для себя на основе материала этого параграфа? § 24. Как обеспечивается целостность организма. Повторение 127 § 24. Как обеспечивается целостность организма. Повторение Вопросы для повторения 1. • Почему в крови 60% составляет плазма и лишь 40% - форменные элементы? 2. • Зачем организму нужны подвижные ткани? 3. • Почему наряду с кровеносной в организме существует лимфатическая система? 4. • В чём преимущество наличия двух желудочков сердца у человека по сравнению с лягушкой, у которой всего один желудочек? 5. • Почему у продавцов часто развивается отёк ног? 6. • Почему артериальное кровотечение гораздо опаснее венозного, но случается реже? 7. • Чем отличается принцип действия нервной и эндокринной систем? 8. • Значительную часть процессов в организме мы не осознаём, тогда что ими управ- ляет? 9. • Почему именно у человека такая большая кора мозга? 10. • Почему в любой напряжённой ситуации симпатическая нервная система включает надпочечники? 11. • Почему рефлекторная дуга образует замкнутый цикл? 12. • Как вы думаете, почему гипофиз находится в мозгу? 13. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. Что означают эти понятия? Плазма, форменные элементы, эритроциты. Лейкоциты, тромбоциты, свёртывание крови, группы крови. Большой и малый круги кровообращения, артерии, вены, капилляры, артериальная и венозная кровь. Предсердие, желудочек, клапаны сердца, сердечный цикл, автоматия сердца. Пульс, артериальное давление. Инфаркт, капиллярное, венозное и артериальное кровотечения. Лимфа, лимфатические узлы, лимфоциты. Нейрон, нервный импульс, синапс. Чувствительные, двигательные и вставочные нейроны, нервные центры, серое и белое вещество, рефлекс, рефлекторная дуга, рецептор, возбуждение и торможение. Центральная и периферийная нервные системы. Спинной мозг, спинномозговой канал. Симпатическая и парасимпатическая нервные системы. Головной мозг, продолговатый мозг, мозжечок, средний мозг, промежуточный мозг, гипоталамус, большие полушария мозга, кора больших полушарий. Биологически активные вещества, гормоны, железы внутренней и внешней секреции. Нейрогуморальная связь, гипофиз, щитовидная железа, инсулин, надпочечники. 128 Глава 2. Как обеспечивается целостность организма Жизненная задача 2 Название. Наблюдение за артериальным давлением. Ситуация. Твой одноклассник увлёкся изучением работы сердца и кровеносной системы и приобрёл тонометр. Каждый час в течение суток он измерял своё артериальное давление. Ты помогал ему в этом эксперименте и измерял артериальное давление друга во сне. Вместе вы построили график изменения значений артериального давления. Оказалось, что артериальное давление постоянно меняется, временами поднимаясь до 160 мм рт. ст. Твой друг испугался и собрался идти к врачу. Роль. Друг юного исследователя. Результат. Совет другу о том, нужно ли обращаться к врачу. Для этого необходимо учесть, что на графике давления обозначено время сна. Тебе известно, что во время бодрствования твой друг писал контрольную работу, занимался спортом. Попробуй обозначить на графике время этих занятий. 24.1. График давления ^ Продолжаем работать над проектом «Научился сам - научи младшего» Подробнее на с. 41. По мере изучения биологии в 8-м классе вы знакомитесь с правилами здорового образа жизни и опасностями, которые угрожают нашему здоровью. Продолжайте шаг за шагом по мере изучения учебника формулировать и иллюстрировать эти правила так, чтобы они были доступны для младших школьников, например для вашим младших братьев и сестёр. Для этого можно использовать изображения, пословицы, афоризмы из книг, журналов, Интернета, сочинять и рисовать самим. В конце года можно устроить конкурс самых лучших иллюстраций и лучших текстов о правилах здорового образа жизни. При возможности используйте для сбора информации и оформления работы компьютер. § 24. Как обеспечивается целостность организма. Повторение 129 а • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Пульс как показатель состояния организма Работа сердца - одна из важнейших функций организма, согласованная с другими его функциями. Поэтому интересно сопоставить общее состояние и нагрузки на организм с частотой сокращения сердечной мышцы. Частоту сокращения сердечной мышцы отражает пульс. Волна повышенного давления, создаваемая каждой порцией вытолкнутой сердцем крови, называется пульсовой волной, или просто пульсом. Скорость распространения пульсовой волны равна в среднем 6-8 м/сек. Пульс легко регистрировать в тех местах, где артериальные сосуды подходят близко к поверхности кожи. Вспомним, как измерить пульс. Положите 2, 3 и 4-й пальцы вблизи основания большого пальца чуть выше запястья. Слегка прижмите пальцы, и вы почувствуете биение пульса. Посчитайте количество ударов за 15 сек. и вычислите частоту биений пульса в минуту. Научившись измерять пульс, приступим к исследованию. Сядьте в кресло и сделайте серию из 15-20 измерений пульса. Вычислите среднюю частоту пульса в спокойном состоянии. Теперь измерьте пульс после быстрой ходьбы, бега, занятий в спортзале или на тренажёрах (на них часто имеются измерители пульса), а также сразу после сна, ещё лёжа в постели и сразу после того, как вы встанете на ноги. Вычислите частоту сокращений сердечной мышцы для перечисленных выше режимов физической нагрузки и сравните их между собой. Теперь проделайте измерение пульса в состоянии сильного волнения. Если у вас возбудимая нервная система, бывает достаточно посмотреть остросюжетный фильм. Ссора с другом или близким человеком способна вывести из равновесия всякого. Теперь измерьте пульс во время болезни с повышенной температурой (если это случится): просто в спокойном состоянии сидя, сразу после пробуждения лёжа и сразу после вставания на ноги. Сравните, как выглядели аналогичные измерения в здоровом организме. В результате всех этих исследований вы узнаете, как меняется ваш пульс, когда вы здоровы и больны, возбуждены и спокойны. В случае недомогания по частоте сердцебиений вы сможете заметить, что заболеваете. Интересно сравнить полученные результаты с аналогичным исследованием вашего приятеля или подруги (частота сердцебиений у мужчин и женщин различается). Можно дополнить собственное исследование сравнением с людьми старшего возраста (родителями, дедушкой, бабушкой), конечно, не заставляя их бегать или упражняться на турнике. Составьте таблицу полученных результатов, а на её основе - столбчатую диаграмму. Обобщите результаты своего исследования и подготовьте выступление. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации. Учтите, что в своём сообщении вы должны: - сформулировать тему (что, о чём и для чего вы хотите узнать); - обратить внимание слушателей на используемые методы; - сформулировать выводы. 130 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Глава 3. ДВИЖЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ Изучая эту главу, вы научитесь: объяснять с точки зрения биологии, что организм - проточная система, эффективно использующая энергию и вещество из внешней среды для поддержания собственной жизнедеятельности. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - объяснять, какова роль опорно-двигательной системы в обеспечении функций передвижения и поддержания функций других систем органов; - характеризовать, как покровы поддерживают постоянство внутренней среды организма; - объяснять, какова роль основных функций организма (питание, дыхание, выделение) в обеспечении нормальной жизнедеятельности. Использовать в быту элементарные биологические знания основ медицины, чтобы формулировать правила здорового образа жизни и знать симптомы нарушения нормальной жизнедеятельности (болезней). Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - объяснять некоторые процессы, проходящие в собственном организме; - оказывать первую помощь при травмах. Оценивать поведение человека с точки зрения здорового образа жизни. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - понимать, к каким последствиям приводит нарушение важнейших функций организма (нарушение обмена веществ, координации функций); - выявлять причины нарушения осанки и развития плоскостопия; - называть симптомы некоторых распространённых болезней; - применять свои знания для составления режима дня, правил поведения; - соблюдать режим труда и отдыха, правила рационального питания, правила гигиены; - объяснять, почему физический труд и спорт благотворно влияют на организм; - понимать, почему вредно курение, употребление алкоголя и наркотиков. Проверьте себя: • Скелет жёсткий, а мускулатура мягкая. Как обеспечивается движение? • С какими системами органов прямо и косвенно связана любая клетка тела человека? Какие вещества она получает от них? § 25. Надёжный каркас 131 § 25. Надёжный каркас ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Почти все млекопитающие ходят на четырёх ногах, поэтому передний пояс конечностей обычно не уступает по силе заднему, а часто превосходит его, поэтому таз вытянут вдоль позвоночника. Факт 2. Человек, в отличие от других млекопитающих, имеет вертикальную постановку тела. Человек - разумное существо. • В чём состоит противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие типы скелетов вы знаете? (7 класс) • Каковы преимущества внутреннего скелета? (7 класс) • Из каких частей состоит скелет млекопитающих? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Движение невозможно без мышц, которые прикрепляются к костям скелета и способны быстро сокращаться. Скелет поддерживает внутренние органы; он достаточно крепок для того, чтобы защитить их от ударов, но при этом достаточно лёгок и подвижен для того, чтобы мы могли бегать, прыгать, плавать. Скелет и мышцы формируют опорно-двигательную систему, в которой преобладают мышечная и несколько видов соединительной ткани. Слово «скелет» происходит от греческого «скелетос» — «высохший», вероятно, из-за того, что ткани скелета кажутся совсем безжизненными. Внутренний скелет и его преимущества • В чём достоинства и недостатки внутреннего скелета? Человек относится к наземным позвоночным с внутренним скелетом - самым крупным животным суши. Это не случайно. Крупное наземное животное без скелета было бы раздавлено собственным весом. Внешний скелет для крупного наземного животного был бы слишком тяжёл и ограничивал подвижность. Достаточно привести примеры и жука, и наземной черепахи. 25.1. Жёлтым обозначен осевой скелет, красным -пояса конечностей 132 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Внешний скелет, давая защиту и опору для мышц, мешает росту. Развитие животных с внешним скелетом состоит из чередования длительных фаз активного питания и кратких фаз быстрого роста. Для маленького и недолго живущего животного опыт предшествующей стадии оказывается мало пригодным для последующей стадии развития. Пример - опыт, приобретённый гусеницей, бесполезен для бабочки. Это не очень важно, так как полученный ею опыт невелик. Крупные животные, как и человек, обычно живут долго, поэтому индивидуальное обучение у них играет большую роль. Способность длительно и эффективно учиться -главная черта человека как разумного существа. Внутренний скелет позволяет одновременно, хотя и долго, совершаться процессам роста, активного питания, движения, приобретения опыта. Так, ребенок растёт, питается, играет, учится. Почему человек ходит на двух ногах • Почему мыслящее существо ходит на двух ногах? Человек — млекопитающее, поэтому его скелет обладает типичными для этой группы свойствами. Но есть одно важное отличие. Большинство млекопитающих передвигается на четырёх лапах, а человек — двуногое существо. Какие же преимущества дал такой способ передвижения? Прежде всего он позволял издали увидеть свою добычу или хищника. А развитый мозг давал возможность предсказать будущее поведение жертвы и подстеречь свою добычу там, где она этого не ожидала. Но чем было заменить острые когти и быстрые ноги? В дело вступали освободившиеся руки, которые могли соорудить и использовать орудия труда (в простейшем случае палку), с помощью которых люди могли добывать пищу и защищаться от хищников. Вот почему человек опирается на две ноги, руки его очень подвижны, а череп объёмистый, чтобы вместить большой мозг. «Разбираем» скелет • Из чего состоит скелет? В чём его отличие от скелета других млекопитающих? Ощупайте свою голову. Кажется, что под пальцами монолитный костный шар. На самом деле человеческий череп состоит из нескольких десятков костей. Он очень лёгкий и прочный и служит хорошей защитой для расположенного внутри мозга и основных органов чувств — зрения и слуха. Кости черепа прочно и неподвижно соединены между собой, подвижна только нижняя челюсть. Её движения дают нам возможность тщательно обрабатывать пищу, прежде чем она поступит в пищеварительный тракт. Лицевые кости (рис. 25.2) и кости основания черепа пронизаны отверстиями, через которые нервы выходят из черепа. Мозговой отдел черепа очень крупный, поскольку вмещает большой мозг (рис. 25.3). § 25. Надёжный каркас 133 Скуловая кость Носовая кость Верхнечелюстная кость Нижнечелюстная кость Нижнечелюстная кость - единственная подвижная кость черепа. Лобная кость Теменная кость Затылочная кость Височная кость Затылочное отверстие Этот отдел защищает головной мозг. В затылочной кости расположено затылочное отверстие, через которое головной мозг соединяется со спинным мозгом. 25.2. Лицевой отдел черепа 25.3. Мозговой отдел черепа Позвоночник состоит из 33—34 позвонков, расположенных друг над другом; он окружает и защищает спинной мозг. В связи с прямохождением у человека появились два дополнительных изгиба позвоночника (рис. 25.5). Они помогают, с одной стороны, равномерно распределить нагрузку на позвоночник, которую даёт вес головы и туловища, а с другой — пружинят, уменьшая толчки при движении. Большинство движений связано с шейным и поясничным отделами, где нет рёбер, - здесь ничего не мешает позвоночнику сгибаться. Головной мозг соединяется со спинным через затылочное отверстие. При этом голова может совершать разнообразные движения - вверх и вниз, вправо и влево. Повороты головы вправо и влево возможны благодаря особому строению двух первых шейных позвонков (рис. 25.4). Первый позвонок, несущий на себе череп, называется атлантом -в честь героя древнегреческих мифов, державшего на своих плечах небесный свод. У атланта нет отростков, но сверху и снизу у него есть суставные поверхности: верхние сочленяются с черепом, тт - ^ ^ ’ 25.4. Два первых шейных позвон- нижние со вторым шейным позвонком - ^а - атлант и эпистрофей эпистрофеем. Средняя часть тела . Какие движения головы мы можем атланта отделилась от него и приросла к совершать благодаря строению телу осевого позвонка, образовав торча- этих позвонков? Зубовидный отросток 134 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме щий кверху зубовидный отросток. Он входит в особое отверстие в теле атланта. При поворотах головы атлант вместе с черепом вращается вокруг этого «зуба». Такая конструкция обеспечивает большую свободу движений. Грудной отдел позвоночника состоит из 12 позвонков. 12 пар изогнутых рёбер образуют грудную клетку, защищающую сердце и лёгкие. Сзади рёбра соединены с позвоночником, а спереди верхние семь пар с помощью хрящей прикрепляются к плоской грудной кости - грудине (истинные рёбра). 8-10-я пары рёбер прикрепляются к грудине через хрящ предыдущего ребра (ложные рёбра), а 11-12-я пары вообще не сочленяются с грудиной и оканчиваются свободно в толще мышц (колеблющиеся рёбра). К рёбрам и грудине прикреплены дыхательные мышцы, обеспечивающие попеременное увеличение и уменьшение объёма грудной клетки. У человека в отличие от четвероногих млекопитающих грудная клетка широкая и уплощена в передне-заднем направлении. Это связано с прямохождением. Пять крестцовых позвонков срослись в одну кость — крестец. Он неподвижен, очень прочен и входит в пояс нижних конечностей. При хождении на двух ногах на крестец падает значительная нагрузка. Последний отдел позвоночника — копчиковый. 4—5 маленьких сросшихся позвонков представляют собой рудимент - остаток скелета хвоста. • В позвоночнике человека различают четыре изгиба, а у других млекопитающих только два. Почему? 25.6. Строение позвонков • Найдите невральную дугу позвонка. Почему она так называется? § 25. Надёжный каркас 135 Пояс верхних конечностей, или плечевой пояс, состоит из двух лопаток и двух ключиц. У человека, как и у большинства других млекопитающих, нет прямой костной связи между плечевым поясом и позвоночником, так как она затруднила бы дыхательные движения грудной клетки. Плечевой пояс с позвоночником, рёбрами и черепом связывают мышцы. С грудиной сочленяется только ключица. Скелет верхней конечности соединяется с лопаткой суставом шаровой формы, который обеспечивает верхним конечностям подвижность во всех направлениях. Обратите внимание на противопоставление большого пальца остальной части кисти (рис. 25.9). Такое строение даёт возможность совершать хватательные движения, что значительно увеличивает возможности для работы кисти. Вся тяжесть тела падает на нижние конечности и их пояс. Он сформирован крестцом и парными тазовыми костями: лобковой, седалищной и подвздошной. Они сливаются и образуют сплошное костное кольцо — таз. В связи с вертикальным положением тела человека пояс его нижних конечностей очень широк и имеет вид чаши; он поддерживает внутренние органы. У женщин размеры таза и его нижнего отверстия больше, чем у мужчин. Это облегчает процесс родов. Массивные кости нижних конечностей человека толще и прочнее костей рук, так как ноги несут на себе всю тяжесть тела. С развитием прямохождения стопа у человека приобрела сводчатую форму. При ходьбе и беге она пружинит и смягчает толчки. 25.7. Позвонки: А - шейный; Б - поясничный • Тонкие и узкие наверху, позвонки с возрастанием нагрузки становятся всё массивнее в нижних отделах. Почему? Хрящевые диски Между позвонками расположены хрящевые диски. Они придают позвоночному столбу гибкость, упругость, смягчают сотрясения при ходьбе, беге, прыжках. 25.8. Соединение позвонков 136 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме 25.9. Скелет человека • Найдите на рисунке все кости, указанные в тексте. § 25. Надёжный каркас 137 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА У человека, как и других позвоночных, есть внутренний скелет. В отличие от всех прочих млекопитающих человек имеет вертикальную постановку тела и передвигается на двух ногах. Скелет человека состоит из осевого скелета (черепа, позвоночника и грудной клетки), скелета конечностей и их поясов. Опорно-двигательная система, скелет конечностей, пояса конечностей ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какие преимущества человеку даёт внутренний скелет? 2. • Какие особенности скелета человека связаны с прямохождением? 3. • Из каких элементов состоит скелет? Каковы их функции? 4. • Как вы думаете, почему у собаки и лошади нет ключиц, а у человека есть? 5. • Как вертикальное положение тела связано с формой грудной клетки и высокой под- вижностью кисти руки в запястье? 6. • Поработайте в паре: пусть один называет части скелета, а второй - черты их строения, связанные с прямохождением или разумностью человека (если таковые есть). 7. • Поработайте в группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другие отвечают на них. 138 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме § 26. Кости, хрящи и суставы ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Скелет должен быть прочным и обеспечивать опору телу. Факт 2. Скелет должен быть подвижным. • Сравните факты. В чём состоит их противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Из каких частей состоит скелет? (§ 25) • Что такое соединительная ткань? (§ 3) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков объясните, из каких элементов состоит скелет. Как строение костей связано с выполняемой ими функцией? Такие разные кости Скелет человека состоит более чем из 200 костей, имеющих разные размер и форму. Самая большая - бедренная кость - длиной в четверть роста человека и у некоторых людей достигает 47 см. А самая маленькая кость находится в ухе — это стремечко. Ее длина всего лишь 0,5 см. Наружные слои костей состоят из компактного (плотного) «камнеподобного» вещества. Но оно не сплошное, а напоминает по строению железобетон. Вещество кости образуют прочные волокона белка коллагена, способные противодействовать сгибанию и растяжению, и твёрдые кристаллики минеральных солей, устойчивые к сжатию и придающие кости твёрдость. Несмотря на то что кости по физическим свойствам не уступают камню, это живая, непрерывно обновляемая и растущая ткань. Во внутренних частях кости преобладает губчатое вещество. Оно образует решётчатую систему перекладин, напоминающих конструкцию металлического моста. Сочетание компактного и губчатого веществ делает кости при их небольшой массе очень прочными. По форме костей и соотношению в них компактного и губчатого вещества их можно разделить на три основных типа. Известно, что трубка почти так же прочна, как равный ей по длине и диаметру сплошной стержень из того же материала, но существен но легче его. Лишним доказательством этого может служить строение длинных костей конечностей, испытывающих большие нагрузки. Их цилиндрическая часть, к которой не прикрепляются мышцы, представляет собой трубку из компактного вещества. § 26. Кости, хрящи и суставы 139 Полость трубки обычно заполнена лёгкой, богатой жиром соединительной тканью — жёлтым костным мозгом. Головки этих костей образованы губчатым веществом. Полости губчатого вещества заполнены красным костным мозгом, а его «балки» и «перекладины» вытянуты в направлениях, по которым кость испытывает воздействия сил тяжести и растяжения под действием прикреплённых к ней мышц. В центре такая кость обладает большей твёрдостью и меньшей гибкостью, чем на концах. Такие кости называют трубчатыми (рис. 26.1. В). Это плечевые, бедренные кости, кости предплечья и голени. Губчатые кости (рис. 26.1. Б) в основном состоят из губчатого вещества. Тонкий слой компактного вещества расположен лишь на их поверхности. Такие кости находятся в местах, где большая нагрузка сочетается с подвижностью. Это позвонки, кости запястья, мелкие кости стопы. Плоские кости (рис. 26.1. А) обрамляют полости и выполняют главным образом защитную функцию. Они образованы двумя параллельными пластинками компактного вещества, между которыми располагается небольшое количество губчатого вещества. Это кости крыши черепа, лопатки. Однажды сформировавшись, кости не могут оставаться неизменными. Они должны увеличиваться в размерах с ростом ребёнка, а когда человек перестаёт расти, необходимо приспосабливаться к меняющимся нагрузкам, для чего старая костная ткань должна заменяться новой. Но для создания новой костной ткани нужно разрушить старое прочное межклеточное вещество. Эту работу выполняют клетки кости. Клетки одного типа разрушают старое костное вещество, а другие - строят новое. Так старая костная ткань заменяется на новую. Работы по моделированию, перестройке и обновлению межклеточного вещества непрерывно идут даже в самой плотной кости. 140 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Надкостница Поверхность костей покрыта тонким, но плотным слоем соединительной ткани, сросшейся с костью, — надкостницей. Она состоит из двух слоёв. Внешний слой — более грубый и волокнистый. К нему прикрепляются сухожилия мышц. Внутренний слой — тонкий, нежный — состоит из живых клеток, за счёт деления которых кость утолщается в процессе роста человека, восстанавливается при повреждениях и переломах. Гибкий и упругий хрящ В строении скелета, кроме костной ткани, принимает участие и хрящ. Хрящевая ткань - сравнительно мягкая, гибкая, легко разрастающаяся, способная образовывать очень гладкие поверхности. Её механические свойства можно оценить довольно просто - согните собственное ухо. Его можно согнуть пополам и даже свернуть в трубочку, но стоит ухо отпустить — и оно выправится и примет первоначальную форму. Такие свойства хряща предполагают его использование в тех частях скелета, где требуются гибкость или упругое смягчение ударов. Упругость обеспечивает белок — коллаген, который содержится в межклеточном веществе хряща. Клетки, поначалу тесно упакованные, вскоре оказываются изолированы друг от друга созданным ими межклеточным веществом. Но поскольку стенки камер, в которых заключены клетки, растяжимы, они продолжают делиться и создавать межклеточное вещество. Таким образом, в отличие от костей хрящ может расти изнутри. «Веревки» и «канаты» Связки и сухожилия «связывают» кости друг с другом и прикрепляют к ним мышцы (рис. 26.3). Основу их соединительной ткани также составляют волокна белка коллагена, но здесь они организованы в толстые пучки. Составляющие сухожилия волокна коллагена на одном конце уходят в мышцу и тесно переплетаются с её волокнами, а на другом — вплетены в специальный слой соединительной ткани кости — надкостницу. В отличие от быстро заживающей кости повреждённые связки и сухожилия восстанавливаются плохо. «Соединяем» кости Подвижные соединения костей, придающие гибкость и подвижность телу человека, называют суставами (рис. 26.4). Суставы достаточно разнообразны, но в их строении есть и общие черты. На одной из костей сустава обычно имеется углубление — суставная впадина, в которую входит соответствующая ей по форме головка другой кости. Г оловка и впадина костей плотно прижаты друг к другу, а их поверхности покрыты очень гладким хрящом. Он снижает трение костей друг о § 26. Кости, хрящи и суставы 141 26.2. Клетки хряща располагаются в небольших полостях, разбросанных в большом количестве ими же созданного межклеточного вещества • Сравните механические свойства хряща и кости. 26.3. Связки - это ленты или пластины соединительной ткани, различные по упругости и прочности, укрепляющие места соединений костей скелета. Сухожилия - часть скелетных мышц, при помощи которых они прикрепляются к костям, мышечным перегородкам, коже. Они почти нерастяжимы и прочны на разрыв • Для чего необходимы связки и сухожилия? друга, повышает упругость и сопротивление износу. Сустав покрыт суставной сумкой из соединительной ткани. Клетки, выстилающие изнутри суставную сумку, выделяют жидкость. Она заполняет узкую щель между суставными поверхностями, облегчает их скольжение и служит питательной средой для суставного хряща. Кости, образующие суставы, дополнительно соединяются очень прочными связками. Бывают и другие типы соединения костей — полуподвижное и неподвижное (рис. 26.5). 26.4. Строение сустава • Каковы механические свойства тканей, из которых построены суставы? Б В 26.5. Типы соединения костей: А - неподвижное; Б - полуподвижное; В - подвижное • Каковы свойства типов этих соединений? 142 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Развитие скелета Как обес пе чить быст рый рост и раз витие такой сложной структуры, как скелет? Рост костей начинается во время развития зародыша в организме матери. Сначала из хряща формируются их миниатюрные «модели». Некоторое время они увеличиваются благодаря росту и образованию новой хрящевой ткани. Затем более старый хрящ начинает замещаться костью. У новорождённых многие кости ещё частично хрящевые. По мере роста ребёнка идёт процесс окостенения. Он длится много лет: окостенение мелких косточек кисти и стопы заканчивается только к 21 году, а формирование всего скелета завершается в 20—25 лет. Единственное, что остаётся от хряща во многих костях взрослого человека, — это тонкий слой, образующий гладкое покрытие в области суставов, где одна кость сочленяется с другой. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Кроме костей в состав скелета входят хрящи, связки и сухожилия. Кость -прочная и твёрдая, хрящ - упругий и гибкий. Подвижность скелета обеспечивают суставы. Скелет формируется у зародыша из хрящевых «моделей» костей. Хрящ по мере роста замещается костью. Кость, надкостница, хрящ, связки, сухожилия, суставы 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Что обеспечивает кости твёрдость и прочность? Что обеспечивает эластичность хряща? Как мышцы прикрепляются к костям? Что обеспечивает подвижность скелета? Как растёт скелет вслед за человеком? Двигая рукой, попробуйте определить, сколько суставов обеспечивают её движение и чем эти суставы отличаются друг от друга. 7. • В результате обжига кость становится хрупкой. Если кость погрузить в соляную кислоту, она теряет твёрдость. Объясните почему. 8. • Бедренная кость выдерживает массу автомобиля. Отчего же тогда случаются её переломы? • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Определение при внешнем осмотре местоположения костей скелета Используя изображение скелета, нащупайте свои локтевую и лучевую кости, ключицу, грудину, посчитайте количество рёбер. Определите степень подвижности различных суставов. Какие движения позволяет совершать локтевой сустав, запястный сустав большого пальца, плечевой сустав? Как вы думаете, как должны быть устроены эти суставы для того, чтобы выполнять такие движения? § 27-28. Приводящие в движение 143 § 27-28. Приводящие в движение ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Мышцы могут только сокращаться. Факт 2. Мышцы не могут толкать. • В чём состоит противоречие? Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что даёт телу опору? (§ 25) • Какая ткань обеспечивает движения в организме? (§ 3) • Как мышцы крепятся к скелету? (§ 26) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Более 600 мышц покрывают скелет человека. Не только во время движения, но и тогда, когда мы просто сидим на стуле, многие мышцы сокращаются или находятся длительное время в напряжённом состоянии. Не все мышцы помогают нам двигаться. Некоторые из них выполняют работу, о которой мы вспоминаем только тогда, когда деятельность этих мышц нарушается по какой-либо причине. Это мышцы внутренних органов. Они заставляют биться сердце, продвигают пищу по кишечнику, наполняют воздухом наши лёгкие. Но чтобы человек мог бегать и прыгать, совершать одновременно сильные и точные движения, нужны мышечные сокращения иного рода, нежели для продвижения пищи по кишечному тракту. У каждого типа мышц своя работа • Объясните, в чём сходство и различие разных типов мышц. У человека, как и у всех млекопитающих, выделяют три главных типа мышц. Два из них — скелетные и сердечная мышца — поперечно-полосатые, а третий тип — гладкие мышцы. Их свойства представлены в таблице 3. Механизм сокращения мышц • Что лежит в основе мышечного сокращения? Мышечными называют клетки, функция которых состоит в сокращении. Все животные клетки способны до некоторой степени изменять свою форму. Такую возможность им обеспечивает специальный сократительный аппарат. Но в мышечных клетках он особенно развит. Главную роль в нём играют сократимые волоконца - миофибриллы, поделённые на небольшие участки, способные укорачиваться. В середине каждого такого участка в определённом порядке расположены толстые 144 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Актин Миозин Во всех мышечных клетках работает механизм скользящих нитей. Сокращение мышц происходит в результате скольжения актиновых нитей вдоль миозиновых. 27.1. Механизм сокращения мышц нити белка миозина. Концы миозиновых нитей перекрываются концами тонких нитей белка актина, расположенными по краям участка. Места перекрытия под микроскопом выглядят как поперечные тёмные полоски. Они и придают клеткам поперечно-полосатых мышц исчерченность. Сокращение мышцы - результат скольжения нитей актина и миозина друг относительно друга: актиновые вдвигаются в промежутки между миозиновыми (рис. 27.1). Это приводит к уменьшению длины отдельных участков каждой миофибриллы, а следовательно, и их самих - мышца сокращается. На сокращение затрачивается энергия АТФ, то есть мышцы преобразуют химическую энергию в механическую работу и теплоту. Таблица 3 Особенности строения и работы разных типов мышц Особенности строения Поперечно-полосатые Гладкие Скелетные Сердечная Разновидности мышечной ткани Местоположение Прикреплены к костям Стенка сердца Стенки внутренних органов Форма волокна Вытянутая цилиндрическая Вытянутая веретеновидная Число ядер в волокне Очень много (образовались путём слияния клеток) Одно-два Одно Поперечная исчерченность Имеется Отсутствует Скорость сокращения Большая Промежуточная Малая Способность оставаться в напряжении Малая Промежуточная Большая Регуляция сокращения Произвольная Непроизвольная § 27-28. Приводящие в движение 145 Основные группы мышц • Найдите на рисунке основные группы мышц, указанные в тексте. Мышцы головы можно разделить на две большие группы — мимические и жевательные. Мимические мышцы головы делают наше лицо подвижным и выразительным. С их помощью человек передаёт свои эмоции. Прикрепляются они к костям и коже или только к коже. Положите руку себе на лоб и поднимите брови кверху. Вы почувствуете, как сокращается лобная часть надчерепной мышцы. Теперь, совершая то же движение, положите руку на затылок над основанием шеи. Вы почувствуете сокращение другой части той же мышцы. Жевательные мышцы прикрепляются одним концом к костям неподвижной части черепа, а другим — к подвижной нижней челюсти. Лобная часть надчерепной мышцы Большая грудная мышца Дельтовидная мышца Мышцы брюшного пресса Мимические мышцы Жевательные мышцы Двуглавая мышца плеча Трёхглавая мышца плеча Сгибатели кисти и пальцев Разгибатели кисти и пальцев Портняжная мышца Затылочная часть надчерепной мышцы Трапециевидная мышца . Широчайшая мышца спины Большая ягодичная мышца Мышцы, сгибающие ногу Икроножная мышца 27.2. Основные мышцы человека • Подумайте, какие мышцы работают, когда человек поднимает с полу спичку. 146 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Попробуйте оты с кать другие мыш цы головы и ли ца и оп ределить, в каком движении они принимают участие. Какие мышцы управляют движениями руки? Сгибатели и разгибатели кисти и пальцев управляют кистью и пальцами рук, двуглавая и трёхглавая мышцы плеча соответственно сгибают и разгибают руку в локтевом суставе. Дельтовидная мышца отводит руку в сторону до горизонтального положения. Большая грудная мышца осуществляет движение рук из положения «в стороны» в положение «вперёд». Мышцы брюшного пресса участвуют в дыхании, наклонах туловища в стороны и вперёд. Межрёберные мышцы осуществляют вдох и выдох. Трапециевидная мышца поддерживает вертикальное положение нашего тела, обеспечивает правильную осанку. Широчайшая мышца спины опускает плечо вниз и отводит руки за спину. Ягодичные мышцы отводят бедро назад. Вместе с глубокими мышцами спины ягодичные мышцы наиболее развиты у человека в связи с прямохождением. Четырёхглавая мышца бедра сгибает ногу в тазобедренном и разгибает её в коленном суставе. На задней поверхности бедра расположены три мышцы, сгибающие ногу в колене. На задней поверхности голени находятся икроножные мышцы. Они поддерживают тело в вертикальном положении, участвуют в беге, ходьбе, прыжках. Устройство и сила скелетной мышцы • От чего зависит сила скелетной мышцы? В скелетной мышце клетки собраны во множество массивных пучков, одетых оболочкой из рыхлой соединительной ткани. К каждому пучку подходят нервные окончания и сосуды. Пучки формируют так называемое брюшко - расширенную, активно сокращающуюся часть скелетной мышцы. К концам мышечных волокон крепится сухожилие, связывающее мышцу с костью. Вся мышца снаружи покрыта плотной соединительнотканной оболочкой, снижающей её трение об окружающие ткани. Сила, развиваемая мышцей или пучком мышечных волокон, прежде всего является суммой сил отдельных волокон. Чем толще мышца и больше её поперечное сечение (сумма поперечных сечений отдельных волокон), тем она сильнее. Сила зависит и от направления волокон (клеток) в мышце. В самом простом случае организации мышцы оси всех клеток располагаются параллельно, так что все они создают тягу в одном и том же направлении. Длинные прямые мышцы располагаются преимущественно в конечностях и способствуют движениям с большим размахом. От других мышц, например от широчайшей мышцы спины, требуется только создание натяжения. Волокна этих мышц располагаются под углом к направлению тяги, так что их сокращение вызывает лишь незначительное укорочение мышцы, но создаёт значительное усилие. Кольцевые мышцы, называемые § 27-28. Приводящие в движение 147 сфинктерами, разделяют различные сегменты трубчатого органа или контролируют вход и выход из него. Примером может служить анальный сфинктер или сфинктер мочевых путей. Единство противоположностей • Почему необходимы антагонисты? Некоторые мышцы человека прикреплены к кости только одним концом, например, мимические мышцы одним концом прикреплены к костям черепа, а другим — к коже лица, но большинство скелетных мышц связывают друг с другом кости, соединённые одним или несколькими суставами. Один конец мышцы крепится выше сустава, а другой — ниже, и её сокращение заставляет двигаться одну из этих двух костей. Мышцы могут только тянуть кость (толкать они не могут) и двигают её только в одном направлении. Для совершения возвратного движения нужна другая мышца. Поэтому каждой мышце, совершающей определённое движение (например, сгибание руки), соответствует другая мышца, при сокращении которой происходит противоположное движение (разгибание руки). Такие мышцы называются антагонистами (рис. 27.4). Согласованная деятельность мышц-антагонистов возможна благодаря чередованию процессов возбуждения и торможения в соответствующих центрах спинного мозга. 27.3. Разные типы мышц • Какая из этих мышц развивает большую силу, а какая обеспечивает значительный размах? Рассмотрим работу мышц руки. При её сгибании двуглавая мышца получает команду и сокращается. В то же время двигательные нейроны трёхглавой мышцы руки тормозятся, и она расслабляется. При разгибании руки всё происходит наоборот. Мышцы — сгибатели и разгибатели сустава могут одновременно находиться в расслабленном или напряжённом состоянии. Так, мышцы свободно висящей вдоль тела 148 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме 27.4. Мышцы антагонисты • Найдите на рисунке мышечной системы человека мышцы-антагонисты. руки находятся в состоянии расслабления. При удержании, например, гири или гантели в горизонтально вытянутой руке наблюдается одновременное сокращение мышц — сгибателей и разгибателей сустава. Согласованная работа мышц-антагонистов имеет решающее значение для поддержания желаемого положения тела или позы вопреки действию силы тяжести. Как правило, в каждом движении участвует не одна, а несколько мышц, усилие которых направлено в одну и ту же сторону. Такие мышцы называются синергистами. Работа мышц по перемещению в пространстве тела или его частей называется динамической. В результате прямохождения у человека значительно уменьшилась площадь опоры тела, и ему стало труднее сохранять равновесие. И у мышц прибавилось статической работы - напряжения для сохранения равновесия. Для этого необходимо всё время поддерживать подвижные части тела в определённом положении. Например, чтобы голова не заваливалась, как она падает у задремавшего человека, её удерживают несколько мышц, находящихся в постоянном напряжении. Вот почему такая с виду пассивная деятельность, как стояние по стойке «смирно», бывает утомительна. Утомление • От чего устаёт мышца? Любое мышечное сокращение связано с расходом энергии. Источниками этой энергии служат распад и окисление органических веществ. Мышцы нуждаются в постоянном их притоке, поэтому очень хорошо снабжаются кровью. В соединительной ткани, покрывающей пучки мышечных волокон, ветвится множество артерий. Каждое мышечное волокно (мышечная клетка) густо оплетено капиллярами. Но когда мышца находится в покое, большинство сосудов закрыто, а стоит мышце начать сокращаться, как многие из них открываются. Чем интенсивнее работа мышцы, тем больше сосудов открыто и тем лучше мышца снабжается кровью. Интенсивность обмена веществ в работающей мышце возрастает в 100-1000 раз. В результате «добычи» энергии в мышце образуются продукты расщепления: углекислый газ и вода, которые уносятся кровью. Активно § 27-28. Приводящие в движение 149 работающая мышца тратит так много энергии, что кровеносная система не успевает снабдить её достаточным количеством кислорода. В условиях «кислородного голода» полного расщепления органических веществ не происходит, начинает накапливаться молочная кислота, обладающая токсичным действием. В результате снижаются сила и скорость, точность и согласованность работы мышц, ритмичность их движений, в мышцах ощущается боль. Такое временное снижение работоспособности называется утомлением мышц, а молочную кислоту даже называют «веществом утомления». С аналогичным явлением мы сталкиваемся как при длительной напряжённой нагрузке у нетренированного человека, так и в том случае, когда возникает резкое напряжение мышц, например, когда мы в панике убегаем от опасности. В этой ситуации кровеносная система не успевает обеспечить подачу кислорода к мышцам, а молочная кислота не успевает разлагаться. Когда, наконец, нервная и эндокринная системы активизируют работу органов кровообращения и кислород начнёт поступать в достаточных количествах, у человека появляется ощущение «второго дыхания». Утомление мышц и влияние на их работоспособность ритма сокращений и величины нагрузки изучал русский физиолог И.М. Сеченов. Оказалось, что при выполнении ритмических физических упражнений утомление наступает позднее, так как в промежутках между сокращениями работоспособность мышц частично восстанавливается, но чем выше частота сокращений, тем скорее развивается утомление. Работоспособность мышц зависит и от величины нагрузки: чем больше нагрузка, тем скорее развивается утомление, поэтому при выполнении физической работы очень важно подобрать средние величины ритма и нагрузки. В этом случае производительность будет высокой, а утомление наступит позже. Распространено мнение, что лучший способ восстановления работоспособности — это полный покой. И.М. Сеченов доказал ошибочность такого представления. Он сравнивал, как восстанавливается работоспособность в условиях полного пассивного отдыха и при смене одного вида 27.5. Схема работы мышцы при избытке и недостатке кислорода 150 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме деятельности другим, то есть в условиях активного отдыха. Оказалось, что утомление проходит скорее и работоспособность восстанавливается раньше при активном отдыхе, основанном на переключении с одного вида деятельности на другой, так как утомление одной группы мышц снимается быстрее, если начинает работать другая. Скелетные мышцы работают в «приказном порядке» • Какие мышцы работают самопроизвольно, а какие по нашему приказу? Мышечные волокна скелетной мышцы активируются только по приказу двигательного нерва (рис. 27.6), поэтому принято говорить о двигательном аксоне и двигательном нейроне — нейроне спинного мозга, которому этот аксон принадлежит. Любая отдельная мышечная клетка (волокно) контролируется только одним двигательным нейроном, но один двигательный нейрон может контролировать много мышечных волокон с помощью разветвлений своего аксона. Число волокон, управляемых одним двигательным нейроном, зависит от того, насколько тонкими должны быть движения органа. Двигательные нейроны, контролирующие крупные мышцы, такие, как бицепсы или мышцы голени, управляют работой многих мышечных волокон. Например, в мышцах бедра на один нейрон может приходиться от 500 до 1000 волокон, а в глазодвигательных мышцах, где точность движений очень существенна, на каждый двигательный нейрон приходятся единицы мышечных волокон. Поскольку сила и скорость работы мышцы зависят от количества работающих мышечных волокон, то чем меньшим количеством волокон управляет каждый нейрон, тем тоньше регулировка силы сокращения и точнее движение. Нервы, идущие к мышцам, — смешанные. Они содержат не только двигательные волокна, передающие мышцам команду о движении, но и чувствительные, которые несут центральной нервной системе информацию о том, что происходит в опорно-двигательном аппарате. В мышцах, сухожилиях и суставах содержится множество рецепторов, которые посылают в мозг сведения об относительном расположении и напряжении различных мышц тела, поэтому мы координируем свои движения, избегая одновременного натяжения мышц-антагонистов и повреждения суставов. 27. 6. Нервы, управляющие мышцами • Найдите на рисунке двигательную единицу. § 27-28. Приводящие в движение 151 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Мышцы приводят тело в движение. Функция мышц - сокращение. Прямые и обратные движения осуществляют мышцы-антагонисты. Мышцы-синергисты помогают друг другу совершать общие движения. Поперечнополосатые мышцы приводят в движение скелет. Гладкие мышцы вызывают сокращение внутренних органов. Сердечная мышца отличается и от тех, и от других. Снижение силы, скорости, точности работы мышцы в результате длительной работы называется утомлением. Поперечно-полосатые мышцы, гладкие мышцы, антагонисты, синергисты, утомление ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • В чём отличия и сходство поперечно-полосатых и гладких мышц? 2. • От чего зависит сила мышцы? 3. • Для чего нужны мышцы-антагонисты? 4. • Что такое утомление мышц? 5. • Как происходит мышечное сокращение? 6. • Почему последствия утомления мышц гораздо быстрее проходят при активном отдыхе? Каковы механизмы этого явления? 7. • Чем отличается бег от ходьбы? 8. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 152 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме § 29. Чтобы не оказаться беспомощным ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Физические нагрузки полезны для здоровья. Факт 2. Мы можем сознательно развивать только двигательную мускулатуру. • В чём состоит противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое первая помощь? (Жизненный опыт) • Что такое кость, сустав, связки? (§ 26) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Здоровье в порядке - спасибо зарядке • Какая польза от физкультуры? В чём преимущества для организма физкультуры над любым конкретным видом спорта? Мысль о том, что физические нагрузки полезны для здоровья, ни для кого не нова. Отчего же наши улицы не полны людей, совершающих утреннюю пробежку, и немногие стремятся сменить автомобиль на велосипед? Попробуем разобраться в том, чем же так полезны физические нагрузки. Для того чтобы любой орган работал эффективно и без сбоев, в первую очередь ему нужна постоянная нагрузка. Как только она на длительное время снижается, в работе органа возникают сбои, его функции нарушаются, возникают различные заболевания. Известно, например, что у лежачих больных лёгкие работают не с полной нагрузкой и, если больной не делает специальных упражнений, активизирующих функции лёгких (рис. 29.1), к основному заболеванию добавляется ещё и воспаление лёгких. Единственный способ поддержания практически всех органов нашего тела в состоянии активной работы — движение. Наш организм создан для движения. Регулярные мышечные нагрузки прежде всего увеличивают объём и силу мышц: количество мышечных волокон не меняется, но они утолщаются, а с ними и вся мышца в целом. Постоянные сокращения мышц полезны для костной ткани. Она укрепляется, становится плотнее, 29.1. Такие упражнения помогают лежачим больным поддерживать нормальную работу лёгких § 29. Чтобы не оказаться беспомощным 153 разрастаются гребни, к которым прикрепляются мышцы. Сопротивляясь нагрузкам, укрепляются сухожилия и связки. Поскольку ткани скелета становятся прочнее, а мышцы активнее контролируют положение костей относительно друг друга, вероятность переломов и других повреждений у тренированного человека значительно снижается. Работающая мышца должна снабжаться большим количеством кислорода и питательных веществ. Это значит, что активно работающие мышцы «заставляют» активизировать деятельность и других систем органов: сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной. Увеличивается число эритроцитов и содержание гемоглобина в крови, развиваются дыхательные мышцы, увеличивается подвижность грудной клетки. Дыхание становится редким и глубоким. Вырастает скорость обмена веществ, возрастают требования к работе руководящих систем — эндокринной и нервной. Повышается общий тонус организма и настроение. Важно только помнить, что главное во всём — чувство меры. Чрезмерные тренировки могут сильно повредить организму, что вполне понятно: тренировка - это адаптация организма к возрастающим нагрузкам. Слабое тело не может стать сильным в течение нескольких дней. Главный принцип тренировки - постепенное и многократное, то есть систематическое, повторение физических упражнений без длительных перерывов, не реже двух раз в неделю. Спина прямая, плечи развёрнуты^ • Почему носить рюкзак или ранец полезнее, чем сумку на ремне или портфель? Скелет и мышцы растут и развиваются в детском и юношеском возрасте, причём наиболее интенсивно между 14 и 17 годами. В это время очень важно сформировать правильную осанку (рис. 29.2) - привычное положение тела при стоянии, сидении и ходьбе. Осанка зависит от формы позвоночного столба, положения головы, плечевого пояса и грудной клетки. Естественные изгибы позвоночника возникают за счёт роста межпозвоночных дисков. Неправильное положение костей может повлечь за собой смещение и сдавливание внутренних органов, нарушение их кровоснабжения. • Какие группы мышц нужно тренировать, чтобы спина была прямой, а плечи развернутыми? б, В - неправильная 154 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Привычка сутулиться, неправильно сидеть за столом может привести к неравномерной нагрузке на отдельные позвонки, к деформации и смещению межпозвоночных дисков. Нерв, выходящий из спинного мозга, может быть защемлён позвонками. Это не только очень болезненное состояние, но и выглядит человек при этом некрасиво. Недаром воспитатели особ королевской крови всегда очень много времени уделяли развитию правильной осанки своих подопечных. Правильное положение тела зависит от тренировки мышц. Чтобы избежать нарушения осанки, нужно равномерно упражнять и гармонически развивать все мышечные группы своего организма. Очень полезно выполнять ежедневно комплекс упражнений утренней гимнастики. Важно так подобрать мебель, чтобы обеспечить правильную осанку во время занятий. При переносе тяжестей нужно равномерно нагружать обе руки. Лёгкая походка • Почему с плоскостопием не берут в армию? Как ни красиво выглядит женщина на высоких каблуках, все время их носить нельзя. Высокие каблуки, так же как неправильно подобранная, слишком тесная обувь, приводят к плоскостопию — болезненным изменениям формы стопы, при которых уплощаются её своды. При плоскостопии видоизменяются мышечный и связочный аппараты стопы, нарушается вся упругая конструкция скелета. Это приводит к болям не только в самой стопе, но и в голени, бедре, пояснице. Исправляют плоскостопие специальными физическими упражнениями и применением стелек-супинаторов. Такие стельки поддерживают стопу в правильном положении, что улучшает положение костей стопы, а также костей голеностопного, коленного и тазобедренного суставов. 29.3. Скелет и след правильно развитой стопы - А и при плоскостопии - Б • Почему стопа человека приобрела сводчатую форму? Если случилась беда • Сформулируйте алгоритм поведения в случае возникновения растяжения и перелома. Резкие неловкие движения в суставе, не совпадающие с нормальным направлением его движений, приводят к растяжению или разрыву связок, удерживающих кости в суставе. Сустав распухает, из повреждённых сосудов под кожу сочится кровь, возникает синяк. Боль, вначале небольшая, нарастает, движения в суставе становятся очень болезнен- § 29. Чтобы не оказаться беспомощным 155 ными. В этом случае к повреждённому месту необходимо приложить холод — пузырь со льдом или смоченное холодной водой полотенце. Затем накладывают тугую фиксирующую повязку, чтобы ограничить движения сустава. Иногда неожиданное усилие, не совпадающее с нормальным направлением движения сустава, бывает настолько сильным, что головка одной кости выходит из суставной ямки другой. Такая травма называется вывихом. Очевидно, что вывих всегда сопровождается растяжением, а иногда и разрывом связок. Это очень болезненная травма. При ней обычно становится хорошо заметной неестественная форма сустава, он отекает, его движения невозможны. Вправление вывиха требует специальных знаний и подготовки, поэтому попытка вправить его без помощи врача может привести к ещё более серьёзным повреждениям сустава. Что же делать? Необходимо обеспечить покой повреждённому суставу, не меняя его положения. Руку можно подвесить на косынке или бинте, а на ногу наложить шину из дощечек или полос плотного картона для того, чтобы обеспечить покой травмированной конечности. К повреждённому месту нужно приложить холод и доставить пострадавшего к врачу. Если кости испытывают большое напряжение или резкие увеличения нагрузки, они могут сломаться, несмотря на их прочность. Чаще всего случаются переломы конечностей. Переломы могут быть закрытыми, когда не повреждена кожа, или открытыми (рис. 29.6), обломки кости разрывают окружающие мышцы и кожу. Отличить закрытый перелом от ушиба не так-то просто. Когда у пострадавшего возникает острая 29.4. Наложение повязки при растяжении - А и шины при переломе - Б 29.5. Подвешивание руки косынке 29.6. Закрытый -тый - Б переломы А и откры- на 156 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме боль при попытке изменить положение повреждённой части тела или есть подвижность частей тела там, где её быть не должно, или изменение формы конечности — это перелом. Но точный диагноз можно поставить, только сделав рентгеновский снимок повреждённой кости, поэтому нужно как можно скорее доставить пострадавшего к врачу. Для транспортировки больного при всех типах переломов главное — зафиксировать кости в том положении, в котором они оказались после травмы. Это облегчит боль и предупредит смещение обломков кости. Для этого накладывают шину из дощечек, картона, веток. Она должна захватывать соседний сустав с каждой стороны от перелома. Шину прибинтовывают так, чтобы она не позволяла смещаться костям, но и не давила на место перелома, не мешала нормальному кровоснабжению. Накладывайте шину только в том случае, если вы не причиняете ещё большую боль или повреждение. Не пытайтесь выправить деформацию или смещение. Фиксируйте ранение в том положении, в котором оно находится. Не применяйте силу! Шина должна обездвиживать один сустав выше и все суставы ниже места предполагаемого перелома. В случае открытого перелома не вправляйте в рану обломки костей. Если перелом закрытый, наложите холод для уменьшения отёка. При переломах некоторых костей, например рёбер, наложить шину невозможно. При подозрении на такой перелом пострадавшего просят задержать дыхание на выдохе и туго забинтовывают грудную клетку. Это делает дыхание неглубоким, что значительно уменьшает подвижность рёбер. Автомобильная катастрофа, ныряние в незнакомых местах, падение с высоты часто приводят к травме позвоночника. Это очень тяжёлая травма. При подозрении на травму позвоночника (рис. 29.7) не двигайте, не перекладывайте и не поворачивайте пострадавшего, если место происшествия безопасно и помощь рядом. Если нельзя вызвать «скорую помощь» и вам необходимо доставить пострадавшего к врачу самостоятельно, постарайтесь оградить его от лишних движений. Зафиксируйте шейный отдел, обернув его толстым слоем ваты и марлевым бинтом. Для транспортировки осторожно положите пострадавшего на деревянный щит спиной вниз. Очень важно не 29.7. Помощь при переломе позвоноч- допускать прогибания позвон°ч-ника ника. § 29. Чтобы не оказаться беспомощным 157 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Правильно рассчитанная регулярная физическая нагрузка - необходимое условие здоровья, развития всех систем органов. Плохо развитая опорнодвигательная система - одна из причин травм и заболеваний. Осанка, вывих, растяжение связок, перелом ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Как изменяются мышечные волокна и их количество при тренировке мускулатуры? 2. • Как влияет развитие мускулатуры на скелет? 3. • Какие суставы нужно обездвижить, накладывая шину, если сломаны локтевая и луче- вая кости? 4. • Как вы думаете, каждый ли человек, усердно тренируясь, может стать выдающимся борцом, гимнастом, теннисистом? Ответ обоснуйте. 5. • Зарядка и увлечение спортом - самое эффективное и доступное для человека сред- ство профилактики всех болезней. Как вы думаете, почему занятием спортом так часто пренебрегают? 6. • Подошва стопы - одно из мест повышенной чувствительности на коже (щекотка). Какой приспособительный смысл в этой чувствительности? Вспомните другие места, вызывающие щекотку. Предложите гипотезу возникновения повышенной чувствительности в отдельных местах кожи. 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 158 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме § 30. «Доспехи» организма ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Кожа защищает клетки организма от влияния внешней среды. Факт 2. Кожа осуществляет взаимодействие клеток организма с внешней средой. • О чём эти факты? Чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант основного вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 332). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Каковы функции покровных тканей? (7 класс, § 3) • Чем отличаются покровы млекопитающих от покровов животных других систематических групп? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Из каких слоёв состоит кожа и какие функции организма она обеспечивает? • Приведите примеры из жизни, когда исполняется та или иная функция кожи. Площадь кожи взрослого человека составляет около 2 м2. Прочная и упругая, она предохраняет лежащие под ней ткани от механических повреждений, излишней потери влаги и переувлажнения. Пока не нарушена её целостность, кожа практически непроницаема для микроорганизмов и защищает тело от других вторжений. Таким образом, кожа — это не просто внешняя оболочка тела. Кожа — один из самых больших органов человека, выполняющих множество важных функций. Кожа состоит из трёх слоёв Кожа - сложная по строению структура (рис. 30.1). Она состоит из трёх слоёв: сравнительно тонкого наружного -эпидермиса, в котором нет кровеносных сосудов и нервов, более толстого - дермы, богатой кровеносными сосудами и нервными окончаниями, и гиподермы — подкожной клетчатки. 30.1. Строение кожи: 1 - эпидермис; 2 - дерма; 3 - гиподерма § 30. «Доспехи» организма 159 Клетки эпидермиса отдают жизнь за нас Эпидермис (рис. 30.2) — многослойная эпителиальная ткань — непосредственно граничит с внешней средой и испытывает на себе все особенности её агрессивного характера. Именно воздействия внешней среды определяют строение эпидермиса. Он состоит из нескольких слоёв клеток, синтезирующих роговое вещество — белок кератин. Самый глубокий слой, прилегающий к дерме, образован стволовыми клетками, которые непрерывно делятся. Дочерние клетки после каждого деления смещаются в следующий слой, ближе к поверхности кожи. В эпидермисе нет кровеносных сосудов, его клетки получают питание через тканевую жидкость дермы. Поэтому клетки, выталкиваемые новыми собратьями, отодвигаются всё дальше от источника питания. В конце концов они по гибают и превращаются в заполненные кератином ороговевшие чешуйки, образующие поверхностный слой кожи. Чешуйки легко слу-щиваются при трении кожи об окружающие предметы и непрерывно замещаются новыми ороговевшими клетками. Таким образом, отмершие клетки обеспечивают механическую защиту нашего тела. От момента рождения клетки эпидермиса до её слущивания с поверхности кожи проходит от 2 до 4 недель в зависимости от участка тела. В тех участках тела, которые подвергаются частым механическим воздействиям, количество слоёв ороговевших клеток больше. Иногда чешуйки слипаются в твёрдый панцирь — мозоль, например на ладонях или подошвах ног. Роговое вещество отлично защищает лежащие под ним ткани. Оно почти непроницаемо для воды, поэтому при купании в пресной воде тело не разбухает, а в солёной — не сморщивается. К тому же оно препятствует потере влаги с поверхности тела. 30.2. Строение и рост эпидермиса Вспомните отличительные особенности покровных тканей. (§ 3) 160 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме При внимательном осмотре можно заметить, что вся поверхность кожи испещрена большим количеством мельчайших бороздок и линий, образующих сложный рисунок. У молодых людей он менее заметен, а с возрастом становится более отчётливым. Особенно резко выделяются бороздки на ладонях и подошвах. Этот рисунок индивидуален и остаётся неизменным в течение всей жизни. Вы наверняка знаете, что эту особенность кожи человека (отпечатки пальцев) успешно используют криминалисты. 30.3. Отпечаток пальца с уникальным рисунком кожных борозд От белого до чёрного Разный цвет кожи определяется особыми клетками эпидермиса. Они располагаются чуть ниже делящихся клеток или между ними и образуют тёмный пигмент меланин. Цвет кожи зависит от нескольких факторов. Роговой слой эпидермиса придаёт ей желтоватый оттенок, поскольку этот слой пропускает свет. Через него просвечивают лежащие глубже кровеносные сосуды, а меланин, в зависимости от количества, окрашивает кожу в различные оттенки — от цвета лёгкого загара до шоколадно-чёрного. Меланин защищает ткани организма от повреждения ультрафиолетом. Однако некоторое количество ультрафиолетовых лучей человеку необходимо, так как при освещении кожи ультрафиолетом в ней синтезируется витамин D. Собственно кожа - эластичная «одежда» Дерма, или собственно кожа, гораздо толще эпидермиса. Чрезвычайно важная функциональная особенность дермы состоит в том, что она содержит множество волокон белков коллагена и эластина. Они придают коже прочность, эластичность и упругость, защищают от значительных повреждений. В дерме расположены волосяные луковицы, сальные и потовые железы, а также мышцы, сосуды, нервы и нервные окончания. Дерма богато снабжена капиллярами. Когда становится жарко, они заполняются кровью и избыток тепла удаляется из организма. Недаром в парной человек краснеет. Напротив, капилляры закрываются при длительном пребывании на морозе, и кожа белеет, сберегая тепло. § 30. «Доспехи» организма 161 «Холодильная установка» Около 3 млн потовых желёз выводят на поверхность кожи избыток солей и некоторые продукты обмена веществ, растворённые в воде, — пот. Потовая железа — это трубка со скрученным в клубок слепым концом, располагающимся в глубоком слое дермы (рис. 30.4). Другой конец трубки -выводной проток железы — тянется к поверхности кожи и заканчивается ворон- 30-4-Потовая железа кой. • Найдите на рис. 30.1 потовую Объём выделяемого пота зависит от тем- железу. Назовите функции пото-пературы окружающей среды, эмоцио- вых желёз. нального состояния человека и интенсивности физической нагрузки. Испарение пота с поверхности кожи способствует понижению температуры тела. Потовые железы также принимают участие в процессах водно-солевого обмена и удаления из организма отходов обмена веществ. Распределены они неравномерно, наиболее богата потовыми железами кожа мякоти пальцев рук и ног, ладоней, подошв, подмышечных и паховых складок. В ушах потовые железы превратились в серные железы для выработки ушной серы. Молочные железы — это тоже видоизменённые потовые железы, специализирующиеся на секреции молока. Остатки былой роскоши Несмотря на то что наша кожа производит впечатление голой, почти вся она покрыта волосами. Свободны от волос только ладони и подошвы ног. Волосы — продукт клеток эпидермиса, вросших в дерму и образовавших там мешочки — волосяные луковицы, на дне которых расположены непрерывно делящиеся клетки (рис. 30.5). Питательные вещества эти клетки получают из капилляров соединительнотканного волосяного сосочка, расположенного под каждой луковицей. Точно так же, как при обновлении эпидермиса, новообразованные клетки всё время выталкиваются наверх всё дальше от источника питания и в конце концов формируют стержень из белка кератина — волос. Волосяная луковица окружена соединительной тканью, к которой одним концом прикрепляется пучок 30.5. Строение волоса • При охлаждении кожа человека покрывается пупырышками («гусиная кожа»). Почему? 162 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме гладких мышечных волокон. Отсюда мышечный пучок идёт к поверхностному слою дермы, располагаясь не параллельно волосу, а немного наискосок, и сплетается с эластическими волокнами этого слоя. При сокращении мышечного пучка волос принимает вертикальное положение. Сокращение мышц, поднимающих волос, происходит рефлекторно в ответ на механическое раздражение, охлаждение кожи или под влиянием страха, гнева и других эмоциональных переживаний. «Волосы встали дыбом», — говорят в таких случаях. В волосяную луковицу каждого волоса открывается одна или несколько сальных желёз, которые производят жирный секрет — кожное сало. Оно выделяется через выводной проток в волосяную луковицу. Распределяясь по поверхности кожи, сало смягчает её, делает нежной, гладкой, эластичной, защищает от воздействия влаги и предохраняет при трении. Сальные железы разбросаны по всей поверхности тела, за исключением ладоней и подошв. При отсутствии или недостаточности кожного сала кожа шелушится, становится шероховатой, на ней легко образуются ссадины и трещины. Ногти на пальцах рук и ног тоже развиваются из карманов, образованных клетками внутреннего слоя эпидермиса, и их рост аналогичен росту волос (рис. 30.6). Ногти состоят из белка кератина, сквозь который просвечивают капилляры дермы, придающие ногтям розовый цвет. 30.6. Строение ногтя Жировое депо Гиподерма не имеет плотной связи с верхними слоями кожи. Их связывают лишь пучки волокон белка коллагена. Такая связь позволяет верхним слоям кожи достаточно свободно двигаться относительно лежащих под ней тканей, предохраняет их от механических повреждений и разрывов. Другое название гиподермы — подкожная жировая клетчатка. Это одно из главных жировых хранилищ организма. Межклеточное вещество этой ткани образовано рыхло сплетёнными пучками соединительных волокон, промежутки между которыми заполнены жировыми клетками. Жир помогает избежать излишней потери тепла и перегрева; действует, как подушка, защищая ткани от механических повреждений, и служит источником энергии при болезнях, длительном голодании, физическом и эмоциональном напряжении. В некоторых участках подкожная жировая клетчатка почти полностью отсутствует, в других может достигать 10 см и более, например на животе, бёдрах у тучных людей. Форма кожи в основном соответствует костно-мышечной основе тела. § 30. «Доспехи» организма 163 Многофункциональная кожа Функции кожи многообразны. Её защитные свойства очевидны: она обладает высокой плотностью, эластичностью, упругостью и растяжимостью. Она оберегает внутреннюю среду и ткани организма от агрессивных внешних воздействий — пыли, ветра, влаги, резких смен температуры, прикосновений и трения. Кожа весьма устойчива к действию многих химических веществ. Но некоторые из них, например ртуть, иод, хлор и его соли, сера, способны проникать через кожу в организм и распространяться по кровеносным и лимфатическим сосудам. Попадание ядовитых веществ в организм через кожу может вызвать отравление. Кожа участвует в обмене веществ и терморегуляции. Она снабжена большим количеством разнообразных чувствительных нервов и соответствующих нервных окончаний (рецепторов), благодаря чему играет роль органа осязания. Кожа принимает участие в дыхании. Через кожу выходит за сутки приблизительно 2% углекислого газа и поглощается около 1% всего вдыхаемого кислорода. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Кожа состоит из трёх слоёв: эпидермиса, дермы и гиподермы. Эпидермис образует роговой защитный слой кожи. Дерма богата кровеносными сосудами, нервами, эластичными волокнами, потовыми железами, волосяными луковицами. Подкожная клетчатка содержит клетки, запасающие жир. Кожа выполняет функцию защиты, осязания, избирательного транспорта веществ и тепла внутрь организма и из него. Эпидермис, дерма (собственно кожа), гиподерма (подкожная клетчатка), потовые железы, пот, сальные железы, волосяные луковицы ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какие функции выполняет кожа? 2. • Какова роль разных слоёв кожи в жизни? 3. • Как меняется толщина рогового слоя на участке кожи, который испытывает постоян- ное трение? 4. • Почему нам приходится стричь волосы и ногти? 5. • В чём главная функция эпидермиса? 6. • Зачем нужен пигмент в коже человека? 7. • Что придаёт коже эластичность и упругость? 8. ' 9. ' М Почему на ладонях и ступнях отсутствуют сальные железы? Зачем люди используют увлажняющие кремы? 10. • Поработайте в паре: пусть один называет слой кожи, а второй - его функции. 164 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме § 31. Что такое дыхание и путь воздуха в лёгкие ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Орган дыхания человека - лёгкие. Факт 2. Кислород нужен клеткам для дыхания. • Как согласуются эти факты? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант основного вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое дыхание? (7 класс) • Какие типы дыхательных систем вы знаете? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков выполните следующие задания. • Найдите ответ на сформулированный вами вопрос. • Объясните, как воздух попадает в лёгкие. • Предположите, почему мы говорим именно с помощью органов дыхания. Нашим клеткам необходима энергия. Её главный источник в организме — кислородное окисление органических молекул. Кислород так быстро расходуется в клетках, что снабжение им должно быть бесперебойным. Различные ткани имеют различную степень устойчивости к отсутствию кислорода. Некоторые мышечные клетки могут короткое время вырабатывать небольшое количество энергии и без участия кислорода, а клетки мозга, лишённые кислорода, перестают работать и погибают в течение нескольких минут. Что такое дыхание? Это вопрос не праздный. Дело в том, что под термином «дыхание» иногда имеются в виду совершенно различные процессы. Когда доктор говорит нам: «Дышите!», он подразумевает дыхательные движения грудной клетки, с помощью которых мы доставляем воздух, богатый кислородом, из окружающей среды в лёгкие. Этот процесс называют внешним дыханием. В капиллярной сети лёгких происходит газообмен между воздухом лёгких и кровью, это — лёгочное дыхание. Кровь доставляет кислород тканям и уносит от них углекислый газ. Газообмен в тканях называют тканевым дыханием. И наконец, биологическое окисление органических молекул в митохондриях клетки называют клеточным дыханием. Строго говоря, дыхание — одна из основных жизненных функций. Она представляет собой несколько процессов, в результате которых клетки организма получают кислород, используют его и избавляются от углекислого газа. Однако к системе органов дыхания относят только воздухоносные пути и лёгкие. § 31. Что такое дыхание и путь воздуха в лёгкие 165 31.1. Носовая полость • Каким образом организм защищается от поступления в него посторонних частиц и микроорганизмов вместе с вдыхаемым воздухом? Система прогрева и очистки Воздухоносные пути разделяют на верхние и нижние дыхательные пути. Верхние дыхательные пути начинаются ноздрями — главным входом в дыхательную систему. Для чего же нам необходим специальный «воздушный путь», ведь мы можем дышать и ртом? Воздух поступает в носовую полость (рис. 31.1). Хрящевая перегородка делит носовую полость на правую и левую половины, поэтому ноздри у нас парные. Изнутри они прикрыты жёсткими волосками, которые задерживают относительно крупные частицы, находящиеся во вдыхаемом воздухе (пыль, пушинки и т.д.). Носовую полость выстилает слизистая оболочка. Она обильно снабжена кровеносными сосудами, железами, выделяющими слизь. Всё это — приспособления для подготовки воздуха к поступлению в лёгкие. Частицы пыли и грязи оседают на липкой слизи, а реснички, которыми снабжены клетки слизистой оболочки, создают ток слизи по направлению к глотке. Слизь не только липкая, она содержит вещества, губительно действующие на микроорганизмы. В задней части носа обе половины полости разделяются на секции костными выступами, идущими вдоль носовой полости. Они увеличивают внутреннюю поверхность стенок полости, превращая её в очень эффективный очиститель и обогреватель вдыхаемого воздуха. По густой сети проходящих в стенках носовой полости кровеносных сосудов навстречу холодному вдыхаемому воздуху течёт горячая артериальная кровь. Она согревает воздух, предохраняя лёгкие от переохлаждения. Кроме того, в носовой полости воздух насыщается водяными парами и его воздействие на влажные слизистые оболочки становится не столь жёстким. Неудивительно, что люди, по каким-то причинам постоянно дышащие через рот, более 31.2. Носовые раковины (поперечный разрез носовой полости) • Зачем в носовых раковинах так много костных выступов? 166 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме подвержены воспалительным заболеваниям дыхательных путей: вдыхаемый ими воздух минует стадию эффективной очистки, недостаточно нагревается и увлажняется. Из носовой полости воздух поступает в носоглотку через внутренние ноздри - хоаны. Затем воздух поступает в гортань (рис. 31.3). Перед входом в гортань и пищевод находятся миндалины. Эти скопления ткани, подобные лимфатическим узлам, образуют «защитное кольцо» в области перехода ротовой полости в глотку. В миндалинах обезвреживается значительная часть огромного количества микроорганизмов, попавших в ротовую полость с пищей и вдыхаемым воздухом. Гортань имеет вид воронки, стенки которой образованы несколькими хрящами. Вход в гортань находится рядом со входом в пищевод и во время глотания пищи закрывается хрящевым надгортанником. Иногда при разговоре во время еды надгортанник не успевает прикрыть вход в гортань, тогда частицы пищи могут попасть в дыхательное горло, поэтому лучше воздерживаться от разговоров во время еды. 31.3. Гортань • Какие типы тканей входят в состав гортани? Органы дыхания помогают нам го ворить В узкой части гортани находятся голосовые связки, благодаря которым мы обладаем голосом (рис. 31.4). Они образованы эластичной соединительной тканью. При спокойном дыхании голосовые связки разведены. При усиленном дыхании они разводятся ещё шире, чтобы не мешать движению воздуха. Когда человек разговаривает, мышцы гортани сокращаются и связки смыкаются, оставляя лишь узкую щель. При прохождении воздуха 31.4. Голосовые связки: А - открытые и через щель края связок вибри-Б - сомкнутые руют и издают звук. Голосовые • Достаточно ли голосовых связок для орга- связки мужчин длиннее и тол-низации членораздельной речи? ще, чем у женщин и д:етей, поэт°- § 31. Что такое дыхание и путь воздуха в лёгкие 167 му мужской голос более низкий. Звуки, образующиеся в гортани, усиливаются воздушными полостями костей черепа: фронтальной пазухой и верхнечелюстной, или гайморовой, пазухой. Они служат резонаторами — усиливают звук и придают ему дополнительные оттенки. Форма голосовых связок и околоносовых пазух индивидуальна. Поэтому голос каждого человека неповторим, и мы различаем людей по голосу. Крик вредит голосовым связкам. Они напрягаются, трутся друг о друга. Связки могут повредиться и от частых воспалений дыхательных путей, курения, злоупотребления алкоголем. Если не беречь связки, голос может стать хриплым, а иногда исчезает совсем. Звуки, формируемые голосовыми связками, — ещё не речь. Членораздельные звуки речи — артикуляция — образуются в ротовой и носовой полостях. Они зависят от положения языка, зубов, губ, челюстей, распределения между ними воздушных потоков. Нижние дыхательные пути - путь доставки воздуха в лёгкие Из гортани воздух попадает в трахею (рис. 31.5). Очевидно, что трахея всегда должна быть открыта для тока воздуха. Для того чтобы стенки трахеи не спадались, она укреплена хрящевыми полукольцами. Трахея расположена спереди от пищевода и обращена к нему свободной от хрящей стороной. При прохождении пищи пищевод расширяется, и мягкая стенка трахеи не мешает этому. В нижней своей части трахея делится на два бронха. Они входят в правое и левое лёгкие. В лёгких каждый из бронхов ветвится, подобно дереву. Воздухоносные трубочки становятся тоньше, они разделяются на бронхиолы, которые заканчиваются лёгочными пузырьками — альвеолами. В воздухоносных путях — трахеях, бронхах и бронхиолах вплоть до их перехода в альвеолы - не происходит газообмена. Но наряду с носовой полостью воздухоносные пути играют важную роль в очищении воздуха. Эпителий трахеи и бронхов снабжён ресничками. В результате ритмических движений этих ресничек слизь и налипшие на неё мелкие частички удаляются по направлению к глотке. Более крупные частицы, попавшие в воздухоносные пути, вызы- 31:5- Нижни-е дыхателъные путш1 вают чихание и кашель. • Каковы особенности строения эпителия нижних дыхательных путей? 168 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме При чихании раздражение слизистой оболочки носа пылью вызывает остановку дыхания и смыкание голосовой щели. Затем начинается интенсивный быстрый выдох. Давление воздуха нарастает, и наступает момент, когда он с силой прорывается через сомкнутые голосовые связки. Струя воздуха направляется наружу через гортань, вынося раздражители вместе со слизью. Механизм кашля аналогичен, только в этом случае поток воздуха выходит через рот. Причиной кашля может стать раздражение слизистой оболочки трахеи, бронхов, гортани. Чихание и кашель защищают лёгкие от загрязнений. В нижних дыхательных путях завершаются увлажнение и согревание вдыхаемого воздуха. Длительность вдоха достаточно велика, чтобы к моменту поступления в лёгкие воздух нагрелся до температуры тела. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Дыхание - это совокупность процессов, в результате которых клетки получают кислород (О2), используют его для получения энергии и избавляются от двуокиси углерода (СО2). Лёгочным дыханием называют газообмен между кровью и лёгкими. В воздухоносных путях вдыхаемый воздух очищается и прогревается. Лёгочное дыхание, клеточное дыхание, носовая полость, голосовые связки, трахея, бронхи ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое дыхание? 2. • Что происходит с воздухом при движении по носовой полости? 3. • Как мы разговариваем? 4. • Как воздух попадает в лёгкие? 5. • Зачем мы кашляем и чихаем? 6. • Какие системы органов принимают участие в процессе дыхания? 7. • Детский врач обнаружил у ребёнка опухшие желёзки. Что случилось с ребёнком? 8. • Какое дыхание имеют в виду, когда его называют важнейшим свойством живого? § 32. Лёгочное дыхание и его роль в организме 169 § 32. Лёгочное дыхание и его роль в организме ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА - Больной, дышите! Не дышите!.. - Ах, милый доктор, Не смешите! Вы думаете, Вам решать - Дышать мне или не дышать? Борис Заходер «В больнице» • О чём это стихотворение? Определите основной вопрос параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое лёгочное и клеточное дыхание? (§ 31) • Какие типы дыхательных систем вы знаете? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Лёгкие - главный орган дыхательной системы • Почему лёгкие названы главным органом дыхательной системы? Как они устроены? Они похожи на гигантскую губку и состоят из огромного количества ячеек-пузырьков, ветвящихся трубочек и складок. Губчатая масса лёгких образована альвеолами (рис. 32.1) — маленькими камерами диаметром менее 1 мм. В каждом лёгком 300—350 млн альвеол. Общая площадь поверхности альвеол превышает 100 м2. площади поверхности тела человека.) Тончайшие стенки альвеол густо оплетены сеткой капилляров. В альвеолах происходит газообмен между кровью и атмосферным воздухом. Огромная поверхность альвеол делает дыхательный процесс очень эффективным. Стенки альвеол очень тонки, их ткань богата волокнами белка эластина, название которого говорит само за себя. Лёгкие всегда находятся в растянутом состоянии, а если их извлечь из грудной клетки, они сморщатся, как воздушный шарик, из которого выпустили воздух. Что заставляет их растягиваться? (Это примерно в 50 раз больше 32.1. Альвеолы • Что происходит с воздухом в стенках альвеол? 170 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Отчего лёгкие всегда расправлены? • С помощью текста найдите ответ на вопрос рубрики. • Почему при повреждении плевры, при том, что все жизненно важные органы человека функционируют нормально, человек погибает? Лёгкие расположены в грудной полости. Её стенки образованы рёбрами и мышцами грудной клетки, а дно сформировано большим мышечно-сухожильным куполом - диафрагмой. Как ни странно, между лёгкими и грудной клеткой нет никаких связующих тканей, за исключением того места, где в лёгкие входят бронхи. Тем не менее лёгкие всегда расправлены. Дело в том, что каждое лёгкое снаружи покрыто соединительнотканной оболочкой - плеврой, образованной двумя листками. Пристеночная плевра выстилает внутреннюю поверхность грудной клетки, лёгочная плевра окутывает лёгкое. Между двумя листками плевры - тончайшая щель. Хотя она называется плевральной полостью, на самом деле никакого пространства - полости - между листками плевры нет. Щель заполнена небольшим количеством жидкости, благодаря этому оба плевральных листка подвижно «склеены» друг с другом, примерно так же, как «приклеиваются» друг к другу два мокрых полиэтиленовых пакета. Жидкость позволяет листкам плевры скользить относительно друг друга, не раздвигаясь. Такое скольжение необходимо для того, чтобы лёгкие могли следовать за сложными изменениями формы грудной клетки и не деформироваться. Давление в плевральной полости ниже, чем в полости лёгких, из-за чего внутренний листок плевры постоянно прижат к наружному и лёгкие всегда следуют за дыхательными движениями грудной клетки. Если в результате повреждения грудной клетки в плевральную полость входит воздух, лёгкие спадаются и поджимаются к устью трахеи. При этом поджатые лёгкие уже не соприкасаются с грудной клеткой и поэтому либо вовсе не следуют за её дыхательными движениями, либо их объём меняется в гораздо меньшей степени. Эффективный газообмен становится невозможным. Если в результате несчастного случая обе половины плевральной полости окажутся вскрытыми, лёгкие 32.2.Плевра сожмутся, дыхательная система выйдет из • Найдите на рисунке плевральную полость. строя - и наступит смерть. Вдох и выдох • Почему вдох требует больших усилий, чем выдох? Каков их механизм? Мы обычно не задумы ва ем ся над тем, как ды шим. Это происходит автоматически. А ведь лёгкие не могут растягиваться самостоятельно, для осуществления вдоха и выдоха нужна согласованная работа многих мышц. Вдох происходит за счёт сокращения наружных межрёберных мышц и мышц диафрагмы. Диафрагма состоит из сухожильного центра и § 32. Лёгочное дыхание и его роль в организме 171 32.3. Механизм вдоха и выдоха • Какое давление в лёгких перед началом вдоха и перед началом выдоха? мышечных волокон, отходящих от этого центра по радиусам во всех направлениях и прикрепляющихся к нижнему краю грудной клетки. В норме диафрагма имеет форму купола. Грудная клетка при вдохе поднимается, мышцы диафрагмы сокращаются, она уплощается, и объём грудной полости становится больше. Давление в лёгких становится ниже атмосферного — и воздух заполняет дополнительный объём. Когда стенка грудной клетки и диафрагма расслабляются, объём груди уменьшается, давление становится выше атмосферного — и лишённый части кислорода воздух выходит наружу. В значительной степени выдох осуществляется под действием тяжести грудной клетки, поэтому в выдохе принимают участие только внутренние межребёрные мышцы. В зависимости от того, связано ли нормальное дыхание преимущественно с поднятием рёбер или уплощением диафрагмы, различают рёберный (грудной) и брюшной типы дыхания. Грудное дыхание обеспечивается в основном за счёт работы межрёберных мышц, расширяющих грудную клетку, а диафрагма смещается в этом случае пассивно, в соответствии с изменениями грудного давления. При брюшном типе вдох происходит в основном в результате мощного сокращения диафрагмы, отчего органы брюшной полости смещаются, выпячивается живот. Тип дыхания в большой степени зависит от возраста, одежды и профессии. Так, с возрастом подвижность грудной клетки уменьшается и начинает преобладать брюшной тип дыхания. Одежда, стесняющая 172 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме грудную клетку, мешает грудному дыханию. Кроме того, брюшной тип дыхания наиболее эффективен с точки зрения дыхания и кровообращения, так как при таком дыхании глубже вентилируются лёгкие и облегчается венозный возврат от брюшной полости к сердцу. В связи с этим брюшной тип дыхания преобладает у работников физического труда, скалолазов, певцов и т.д. Жизненная ёмкость лёгких • Зачем измеряют жизненную ёмкость лёгких? Эффективность смены воздуха в лёгких определяется глубиной дыхания и частотой дыхательных движений. Оба эти показателя сильно меняются в зависимости от потребностей организма. При спокойном вдохе и выдохе объём легких меняется незначительно по сравнению с их общим объёмом. С каждым вдохом в лёгкие поступает около 500 см3 воздуха и столько же удаляется с каждым выдохом. Наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха, называется жизненной ёмкостью лёгких. Это показатель подвижности лёгких и грудной клетки. Его определяют с помощью специального прибора — спирометра. У разных людей жизненная ёмкость лёгких неодинакова. Она зависит от возраста, роста человека, степени его тренированности и некоторых других факторов. Жизненная ёмкость лёгких не имеет жизненно важного значения, несмотря на название, так как даже при самых высоких потребностях глубина А гл я - дыхания никогда не достигает макси- 32.4. Определение жизненной емкости лёгких мально возможного значения, но её • Как можно изменить жизненную используют как показатель эффектив- ёмкость своих лёгких? ности работы лёгких. Как лёгкие обеспечивают газообмен клеток • Как связано лёгочное и клеточное дыхание? Между воздухом в лёгких и кровью происходит газообмен. Важнейший механизм газообмена — диффузия. В воздухе лёгочных альвеол мало углекислого газа. В капилляры, оплетающие альвеолы, поступает венозная кровь из большого круга кровообращения. Она содержит много углекислого газа. Молекулы углекислого газа покидают кровяное русло, где их концентрация велика, и перемещаются в альвеолярный воздух. Напротив, кислорода в § 32. Лёгочное дыхание и его роль в организме 173 Большие полушария венозной крови мало, поэтому он устремляется из воздуха альвеол в капилляры. Насыщенная кислородом артериальная кровь покидает альвеолы. В альвеолярном воздухе после этого меняется соотношение дыхательных газов - кислорода становится меньше, а углекислого газа больше. Интенсивность диффузии падает. Чтобы поддерживать уровень диффузии, необходимо поддерживать в альвеолах концентрацию кислорода достаточно высокой, а концентрацию углекислого газа достаточно низкой. Для этого необходимо часто заменять отработанный воздух свежим. Это и определяет частоту нашего дыхания. Кровь, насыщенная кислородом, покинув лёгкие, направляется к различным органам. Все клетки нашего организма непрерывно расходуют энергию на синтез необходимых им органических веществ, активный транспорт разных веществ через мембрану, движение и так далее. Основной источник энергии — процессы окисления органических веществ в митохондриях клеток. Эти процессы идут непрерывно, отчего в клетках всегда низкая концентрация кислорода. В капиллярной сети тканей кислород покидает кровь и с помощью диффузии проникает в межклеточную жидкость, а оттуда — в клетки. Углекислый газ непрерывно образуется в результате обмена веществ. Поэтому в клетках его много. Он поступает в тканевую жидкость, а из неё — в кровь. Здесь углекислый газ частично захватывается гемоглобином, а частично растворяется или химически связывается солями плазмы крови. Венозная кровь уносит его к сердцу, а затем к лёгким. Чем интенсивнее работа, выполняемая каким-либо органом, тем больше ему требуется кислорода. Вот почему, например, при физической работе, когда активно сокращаются мышцы, одновременно усиливаются дыхание и деятельность сердца. 32.5. Регуляция дыхания • Что служит сигналом к увеличению частоты дыхания? На режим работы какого органа влияет тот же показатель? 174 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Лёгкие вместе с кровеносной системой обеспечивают газообмен всего организма. В лёгких кровь насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ. Губчатое строение лёгких увеличивает поверхность газообмена. Вдох и выдох совершаются благодаря работе межрёберных мышц и диафрагмы. Лёгкие, альвеолы, жизненная ёмкость лёгких ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • С чем связано губчатое строение лёгких? 2. • Как осуществляются вдох и выдох? 3. • Почему во выдыхаемом воздухе остаётся кислород? 4. • Почему при низком содержании кислорода в воздухе дыхание затруднено? 5. • О какой особенности дыхания говорил Борис Заходер в своём стихотворении «В больнице»? 6. • Почему в клетке никогда не бывает высокой концентрации кислорода? 7. • Почему говорят, что жизнь человека начинается с первого крика? 8. • Для лечения некоторых заболеваний в плевральную полость закачивают некоторое количество воздуха. Что происходит с лёгким в этом случае? 9. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, расчёт жизненной ёмкости лёгких Наполните две пробирки известковой водой. Возьмите резиновую грушу и стеклянную пипетку. Резиновая груша наполнена воздухом, который мы вдыхаем. Опустите её носик в известковую воду одной из пробирок и выдавите воздух из груши. Широкий кончик пипетки обработайте спиртом. Возьмите его в рот, тонкий кончик пипетки опустите во вторую пробирку с известковой водой и осторожно выдохните воздух. Что произошло с известковой водой в пробирках? Есть ли разница между ними? Какой метод вы использовали? Объясните результаты своего исследования и сделайте вывод. Рассчитайте жизненную ёмкость своих лёгких, используя следующие формулы: - для юношей ЖЁЛ = [рост (см) х 0,052] - [возраст (лет) х 0,022] - 4,2; - для девушек ЖЁЛ = [рост (см) х 0,041] - [возраст (лет) х 0,018] - 3,7. § 33. Закаляйся, как сталь! 175 § 33. Закаляйся, как сталь! ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Дыхание - жизненно необходимо. Факт 2. Дыхательные пути - облегчённый вход болезнетворных организмов во внутреннюю среду организма. Какая проблема возникает? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие заболевания дыхательной системы вы знаете? (Жизненный опыт) • Что является основным источником атмосферного кислорода на Земле? (5 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков: • объясните, почему заболевания дыхательных путей так хорошо известны каждому человеку; • сформулируйте правила поведения, которые снизят риск заболевания дыхательной системы; • объясните, что делать при остановке дыхания. Внимание: атака! Болезни дыхательной системы хорошо знакомы нам всем и широко распространены среди людей на всех континентах, независимо от пола и возраста. Это острые респираторные заболевания, которые мы чаще называем простудой: бронхит, воспаление лёгких и др. Дыхательная система — один из путей, по которым бактерии, вирусы и другие организмы стремятся попасть в «комфортные условия» внутренней среды нашего организма, поэтому основная причина острых и хронических заболеваний дыхательных путей и лёгких — воспалительные процессы, вызванные различными возбудителями. Некоторые инфекционные заболевания, такие, как грипп, корь, не только поражают дыхательную систему, но и проникают в организм через дыхательные пути. Они и распространяются через дыхательную систему: больной человек при дыхании с капельками влаги выбрасывает целую «армию» болезнетворных организмов. Так как контакт дыхательной системы с внешней средой очень тесен, в дыхательных путях и лёгких всегда находятся различные болезнетворные бактерии, но их влияние проявляется только при резком ослаблении организма, например при охлаждении, переутомлении. Большие перепады температур, высокая влажность воздуха, сильный 176 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме ветер требуют от организма мобилизации защитных сил и снижают его сопротивляемость, поэтому осенью и зимой уровень заболеваемости особенно высок. Бедный кислородом и содержащий вредные примеси воздух улиц городов, производственных помещений также оказывает неблагоприятное воздействие на дыхательную систему. Что же делать? Уже в начале осени необходимо начинать принимать меры по профилактике заболеваний, направленные на повышение сопротивляемости организма, укрепление его защитных сил. Большое внимание нужно уделять правильному и полноценному питанию. Нельзя переедать, пища должна содержать оптимальное количество белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ и клетчатки. Залогом успеха в повышении сопротивляемости организма являются активный образ жизни и закаливание. Закаливание основано на возможности живого организма приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды - адаптации. Если многократно воздействовать на организм какими-либо факторами — холодом, перепадами температур - и постепенно увеличивать их действие, организм начинает приспосабливаться к ним. В таких условиях меняются уровень обмена веществ, характер нейрогуморальной регуляции, повышается устойчивость организма к разного рода заболеваниям. Для профилактики заболеваний органов дыхания особенно существенна устойчивость организма к холоду, так как переохлаждение — самая частая причина простуды. Занятия физкультурой и спортом на свежем воздухе, плавание, ежедневные обтирания, обливания, которые начинают с комнатной температуры воды, а затем постепенно понижают её, — очень эффективные средства закаливания, позволяющие укрепить устойчивость организма к заболеваниям. Значение состава воздуха Атмосферный воздух содержит 21% кислорода, 7% азота, 0,03% углекислого газа и около 1% других газов. В выдыхаемом воздухе содержание кислорода снижается незначительно, а содержание углекислого газа возрастает до 3—4%. В душной комнате, где находится много людей, концентрация углекислого газа растёт очень быстро. При вдыхании такого воздуха снижается диффузия углекислого газа из крови в альвеолярный воздух, поэтому пребывание в душном помещении чревато головной болью, вялостью, снижением внимания. Кроме того, в душном помещении поднимается температура и увеличивается влажность воздуха, что создаёт благоприятную среду для распространения бактерий. Как ни прост совет, что для профилактики заболеваний § 33. Закаляйся, как сталь! 177 необходимо часто проветривать помещения, в которых мы живём и работаем, эффективность его от этого не уменьшается. Курить действительно вредно! Особую роль в возникновении хронических воспалительных и онкологических заболеваний дыхательной системы играет табачный дым. Помимо никотина, учащающего дыхание, сужающего сосуды, повышающего давление, опасны продукты сгорания табака - угарный газ, синильная кислота и множество других. Вот почему пребывание в накуренном помещении опасно и для некурящих. Табачный дым вызывает раздражение слизистых оболочек ротовой, носовой полостей, дыхательных путей, влияет на голос: он утрачивает звонкость, становится хриплым. Постоянное раздражение снижает защитные свойства слизистых оболочек дыхательных путей. Частицы дыма и дёгтя оседают на стенках бронхов и альвеол. Всё это приводит к хроническим заболеваниям — бронхиту, эмфиземе лёгких (повреждению альвеол). Курение — частая причина возникновения злокачественных опухолей полости рта, гортани, бронхов и лёгких. Если близко нет врача Остановка дыхания, независимо от причины, её вызвавшей, — смертельно опасное состояние. С момента остановки дыхания и кровообращения человек находится в состоянии клинической смерти. Как правило, уже через 4—6 минут недостаток кислорода и накопление углекислого газа приводят к необратимым повреждениям клеток — и наступает смерть. При внезапной остановке или ослаблении дыхания необходимо обеспечить проходимость дыхательных путей и начать делать пострадавшему искусственное дыхание. В бессознательном состоянии у человека утрачиваются рефлексы, освобождающие дыхательные пути. Значит, в первую очередь необходимо очистить полость рта и горло от слизи. Важно также не допустить перекрывания воздухоносных путей языком. Для этого запрокидывают голову больного и смещают его нижнюю челюсть вперед. Такого положения головы можно добиться, подложив под голову валик. Для проведения искусственного дыхания наиболее эффективны способы «рот в рот» и «рот в нос». Они заключаются в том, что оказывающий помощь человек вдувает воздух непосредственно в дыхательные пути пострадавшего. При дыхании «рот в рот» (рис. 33.1) нужно положить ладонь на лоб пострадавшего и запрокинуть его голову. Другой рукой приоткрыть его рот и накрыть платком. Сделав глубокий вдох, нужно плотно приникнуть ко рту пострадавшего, вдуть воздух в его дыхательные пути, а затем освободить его рот. Под действием тяжести 178 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме 33.1. Искусственное дыхание и непрямой массаж сердца Какой бы способ искусственного дыхания ни применяли, прежде всего необходимо произвести 5-Ю быстрых вдуваний воздуха в дыхательные пути для того, чтобы как можно быстрее избавить пострадавшего от недостатка кислорода и избытка углекислого газа. После этого вдувания можно производить каждые 5 сек. грудной клетки у него произойдёт пассивный выдох. Искусственное дыхание «рот в нос» выполняют аналогично, только воздух вдувают в нос. Если у пострадавшего остановилось сердце, то искусственное дыхание нужно сочетать с непрямым массажем сердца. Массаж можно проводить только тогда, когда существует полная уверенность, что сердце остановилось. В этом можно убедиться, приложив ухо к груди. Непрямой массаж сердца заключается в ритмичном надавливании на грудную клетку. При этом кровь выдавливается из сердца в круги кровообращения. Для проведения массажа поместите основание левой ладони на нижнюю часть грудины, наложите основание ладони одной руки поверх другой и приподнимите пальцы рук, чтобы не касаться рёбер. Наклонитесь над пострадавшим, держа предплечья в строго вертикальном положении, чтобы «работала» масса вашего тела. Не сгибайте локти. Надавливайте на грудину вертикально, опуская её примерно на 1/3 толщины грудной клетки. Не допускайте колебательных движений корпуса пострадавшего и соблюдайте ритм массажа, обеспечивая равные интервалы сдавливания и расслабления грудной клетки. У взрослых или детей среднего и старшего возраста выполняйте 80—100 надавливаний на грудину в минуту. Маленьким детям нужно делать не менее 100 нажатий в минуту. После одного вдувания воздуха в лёгкие производят 4—5 надавливаний. Меры по оживлению можно считать достаточными, если у пострадавшего сузились зрачки, порозовела кожа, появился пульс. § 33. Закаляйся, как сталь! 179 Напоминаем, что, если рядом нет врача, такие умелые действия могут спасти жизнь человеку. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Дыхательная система - один из путей, с помощью которого болезнетворные организмы стремятся попасть в наш организм. Занятия физкультурой и спортом, закаливание позволяют укрепить устойчивость к заболеваниям. Курение наносит значительный вред органам дыхания. При внезапной остановке дыхания необходимо сделать пострадавшему искусственное дыхание. Закаливание, искусственное дыхание ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какие источники загрязнения воздуха вы можете назвать? 2. • Почему закаливание снижает риск заболеваний дыхательной системы? 3. • Расскажите всё, что вы знаете о том вреде, которое курение наносит организму человека. 4. • Человек не может задержать дыхание и довести себя до удушья. Какие факторы являются основной причиной возобновления дыхания после длительной его задержки? 5. • В каких случаях следует, а в каких не следует делать искусственное дыхание? 6. • Как вы считаете, можно ли осуждать человека, если он не бережёт своё здоровье, ведь оно во многом - результат его поведения и образа жизни? 7. • Поработайте в паре: пусть один называет действия человека, которые способствуют здоровому образу жизни, а второй - болезни. М 180 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме § 34. Что такое пищеварение и что происходит с пищей в ротовой полости ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА «Вот чудо - я пью и кофе, и воду, и чай, и какао, а из меня выходит один только чай». К.И. Чуковский «От двух до пяти» Факт. Каждый из нас ест картошку, помидоры, огурцы, гречневую и рисовую каши, курицу, говядину, яблоки, черешню, а в результате образуются вещества и клетки именно нашего организма. • Предложите свой вариант основного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • У кого пищеварительная система сложнее - у коровы или у волка? Почему? (7 класс) • Что составляет внутреннюю среду организма? (Глава 2, вступление) • Что вы знаете о внеклеточном и внутриклеточном пищеварении? (7 класс) • Вспомните, какие зубы у собаки и у лошади. Почему они такие разные? (7 класс) • Для чего птицы заглатывают камешки и песок? (7 класс) • К какому классу веществ относятся ферменты? (§ 4-5) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Вы садитесь обедать. Перед вами тарелка с сочным бифштексом, картошкой и овощным салатом. В этих продуктах большое количество питательных веществ и энергии, необходимых нашему организму, каждая клетка должна их получить. Но как сделать питательные вещества из мяса, картошки и овощей доступными для наших клеток? Почему система называется пищеварительной? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Такое название эта система получила не случайно. Так же как повар, приготавливая вкусные блюда, делает продукты более доступными для пищеварительной системы, так и в процессе пищеварения питательные вещества и энергия, заключённые в пище, становятся доступными каждой клетке нашего организма. Очевидно, что питательные вещества могут быть доставлены клеткам только кровью, а как переправить их из внешней среды — пищеварительного тракта во внутреннюю — кровь и лимфу? Лежащие на тарелке куски пищи не только крупны сами по себе, но и состоят из очень крупных молекул белков, жиров и углеводов. Их надо разобрать на более мелкие части. Большие органические молекулы подлежат разборке не только потому, что возникают проблемы с их доставкой. Вещества, составляющие § 34. Что такое пищеварение и что происходит с пищей в ротовой полости 181 Состав еды Во рту В желудке В кишечнике В крови В клетках в тарелке • V • в*ф © ♦® Г ’ Белки Л Углеводы * ♦ %о t*o*$^* Г!: Жиры 34.1. Схема превращения веществ пищи в организме человека • Почему необходимо «разбирать на части» готовые молекул^1 и «собирать» их заново? нашу пищу в неразобранном виде, нашему организму не нужны. Молекулы, свойственные каждому организму и только ему, синтезируются в клетках из элементарных блоков-«кирпичиков», свойственных всем живым организмам. Одинаковость мономеров (молекулярных блоков) для всех живых организмов замечательно используют многие паразитические организмы: некоторые из них, например, паразитические ленточные черви, живущие в кишечнике различных животных, вовсе не имеют пищеварительной системы - они просто используют мономеры, которые уже приготовлены пищеварительной системой хозяина. Знакомимся с «фабрикой-кухней» • Что такое внеклеточное пищеварение и в чём его преимущество? На первый взгляд не такая уж это сложная задача - раздробить большие молекулы. Как говорится, ломать — не строить. Но оказывается, это «нехитрое занятие» — долгая история. Физические и химические процессы переваривания пищи в пищеварительной системе идут в определённой последовательности. Сама система состоит из пищеварительного канала (рис. 34.2) и пищева- 34.2. Пищеварительный канал рительных желёз. Пищеварительными (тракт) - сложно устроенная называют железы, которые вырабатывают трубка> общая длина которой в , распрямленном виде составля- жидкости, содержащие ферменты и дру- ет оКоло 8 м гие вещества, необходимые для расщепле- ^ ф Из каких частей он состоит? 182 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме ния пищи, — пищеварительные соки. У человека, как и у всех высших животных, пищеварение осуществляется внеклеточно: ферменты поступают во внеклеточную среду — просвет пищеварительной трубки, где и происходит расщепление крупных молекул. Большому куску рот радуется • Где происходит первичная механическая обработка пищи и начинается пищеварение? Первыми еду встречают губы. Они закрывают вход в ротовую полость, захватывают пищу, первыми «знакомятся» с ней, оценивают её консистенцию, температуру. Снаружи губы покрыты очень тонкой кожей, богатой кровеносными сосудами и нервными окончаниями. Изнутри, как и вся ротовая полость, губы выстланы слизистой оболочкой. Пища, поступая в ротовую полость, раздражает чувствительные окончания её слизистой оболочки. На основе полученной от них информации мозг принимает решение о съедобности попавших в рот веществ. Ротовая полость сверху ограничена твердым и мягким нёбом, сбоку — щеками, снизу — мышцами, которые участвуют в движениях нижней челюсти рта. В ротовой полости находятся язык и зубы (рис. 34.3 и 34.4). • Во время еды подумайте о том, что происходит с пищей в ротовой полости. 34.4. Ротовая полость (зев) • В ротовой полости очень много чувствительных нервных окончаний. Почему? Зачем во рту столько влаги? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Слизистая оболочка рта всегда влажная, так как расположенные здесь мелкие и три пары крупных слюнных желёз непрерывно выделяют слюну (рис. 34.5). По месту своего расположения железы носят название околоушных, подъязычных и подчелюстных. Как только пища попадает в ротовую полость, слюноотделение, ставшее обильным уже § 34. Что такое пищеварение и что происходит с пищей в ротовой полости 183 при виде пищи, ещё усиливается. Слюна - прозрачная жидкость, состоит в основном из воды, но содержит многочисленные добавки, которые и делают её вязкой, а функции слюны — очень разнообразными. Она смачивает пищу, размягчает её, растворяет некоторые из компонентов. Это позволяет нам почувствовать вкус еды: только растворённые вещества могут воздействовать на вкусовые рецепторы языка и вызывать вкусовые ощущения; вкуса сухой пищи мы не чувствуем. При попадании пищи в рот производительность слюнных желёз резко возрастает, причём для сухой пищи слюны выделяется значительно больше, чем для влажной. Белковое слизистое вещество придаёт слюне вязкость, склеивает отдельные частицы пищи в комок, что облегчает её продвижение по пищеварительному тракту. Ротовая полость находится в тесном контакте с агрессивной внешней средой, поэтому перед этой частью пищеварительного тракта особенно остро стоит задача защиты организма от многочисленных опасностей. При попадании в рот едких веществ слюноотделение усиливается и агрессивное вещество разбавляется, смывается слюной. Слизистые компоненты слюны способны нейтрализовать кислоты и щёлочи, а белок лизоцим, содержащийся в слюне, обладает бактерицидным действием. В отсутствие пищи слюна вырабатывается в небольшом количестве для увлажнения и обеззараживания слизистой оболочки рта. Наша «мельница» • Зачем человек разжёвывает пищу, ведь ящерицы, змеи, крокодилы и птицы этого не делают. Пища часто поступает в рот крупными кусками. Пищеварительные ферменты не могут проникнуть внутрь куска, и химические реакции идут только на поверхности. Из-за этого площадь поверхности нужно увеличить — раздробить крупный кусок на множество мелких. Вот для чего мы пережёвываем пищу и почему надо делать это тщательно. Разжёвывание пищи возложено нашим организмом на зубы и требует от них большой прочности. За сутки эти железы выделяют от 0,5 до 2 л слюны. В основном она состоит из воды, но в ней есть и ферменты, и вещества, губительные для бактерий. 34.5. Слюнные железы 184 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме 34.6. Строение зуба • Какие способы защиты зубов от разрушения вы знаете? Каждый зуб имеет коронку и корень (рис. 34.6). Корень укреплён в альвеоле — ячейке челюстной кости. Плотная костеподобная ткань - дентин -составляет основу зуба. Коронка поверх дентина покрыта ещё более плотным минерализованным веществом - зубной э.малью. Она придаёт коронке ещё большую твёрдость и предохраняет зуб от износа. Корень зуба покрыт разновидностью костной ткани — цементом, который закрепляет зуб в альвеоле. Центральная часть зуба представляет собой полость. Она заполнена рыхлой соединительной тканью - пульпой, пронизанной кровеносными сосудами и нервами. Молочные и постоянные • Когда и как происходит смена зубов у человека? В чём её смысл? У детей прорезывание зубов начинается обычно на шестом месяце от рождения и к двум годам заканчивается формированием 20 зубов. Их называют молочными (рис. 34.7 и 34.8) потому, что появляются они в раннем детстве. Человек растёт, растут его челюсти, и между 6 и 13 годами молочные зубы постепенно заменяются постоянными, которых уже не 20, а 32. 34.7. Молочные зубы - А; смена зубов - Б; постоянные зубы - В • Как внешний вид зубов связан с их функцией? Зубы человека неодинаковы: 8 резцов с долотообразной коронкой приспособлены для «разрезания пищи», а 4 клыка, расположенных рядом с резцами, помогают нам разрывать волокна. 8 предкоренных и 12 коренных зубов имеют плоские вершины и схожи с жерновами. У них § 34. Что такое пищеварение и что происходит с пищей в ротовой полости 185 очень крепкий корень, разделенный на две или три ветви, и кубовидная коронка, которая размельчает и перетирает пищу. Последние большие коренные зубы, по два в каждой челюсти, называются зубами мудрости, вероятно, потому, что вырастают они значительно позже других, в возрасте от 20 до 30 лет. Специальные жевательные мышцы двигают подвижную нижнюю челюсть относительно неподвижной верхней, и пища перетирается между верхними и нижними коренными зубами. Мышцы щёк и языка подают и удерживают пищу. 34.8. Виды зубов: А - молочные; Б -постоянные • Какой вид зубов отсутствует среди молочных? Зубная боль • Отчего болят зубы? Мы обычно не думаем о своих зубах, пока они не заболят. Грызём орехи, запиваем горячую пищу холодными напитками. В результате эмаль зуба стирается, в ней появляются трещины, в которые легко попадают частички пищи. На них размножаются бактерии и образуют липкий налёт. Постепенно трещины увеличиваются. На рисунке показано, как развивается кариес, образуется дупло -идёт разрушение зуба. 34.9. В результате повреждений эмали возникают кариозные разрушения эмали и дентина (А; Б) зуба и в пульпу проникает инфекция (В). Воспаляются все ткани зуба, возникает сильная зубная боль. Если не поставить пломбу на повреждённое место (Г), зуб постепенно разрушится 186 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Повреждённый зуб может стать причиной разнообразных заболеваний. Инфекция и воспаление могут распространиться по организму. Нарушается процесс пищеварения, так как в желудок попадает недостаточно пережёванная, не подготовленная к дальнейшей химической обработке пища, поэтому очень важно постоянно следить за зубами. Утром и перед сном нужно обязательно чистить их щёткой с зубной пастой. «Язык без костей» • Почему авторы так назвали рубрику? Что означает это выражение? Язык представляет собой мускульный орган. Направление мышечных волокон языка очень разнообразно, что позволяет ему совершать множество движений. При жевании язык направляет пищу к зубам, перемешивает её, передвигает в глотку для глотания. На поверхности языка расположено большое количество вкусовых рецепторов. Начинаем обрабатывать пищу • Какие химические процессы начинаются во рту? В слюне содержится фермент амилаза, который разбивает длинные цепи крахмала и гликогена на более короткие куски. В результате образуется смесь простых сахаров и ещё длинных «обрывков» молекулы крахмала. Если вы пожуёте несладкий сухарик, то через некоторое время почувствуете, что он стал немного слаще: амилаза расщепила безвкусный крахмал - и образовалась сладкая глюкоза. Пищеварение в ротовой полости имеет очень большое значение как пусковой механизм для всего процесса переваривания пищи. Итак, бифштекс, картошка и овощной салат, тщательно размолотые и перемешанные, отправляются дальше. На крахмал картофеля и овощей начала действовать амилаза слюны, и в пище появились продукты её деятельности - простые сахара. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Пищеварение - это процесс превращения сложных органических молекул в более простые «молекулярные блоки». В клетках из этих «молекулярных блоков» извлекается энергия и осуществляется синтез новых сложных веществ. В ротовой полости пища проходит механическую обработку -размельчение, формируется пищевой комок и начинается пищеварение. Пищеварительные железы, слюнные железы, молочные зубы, кариес § 34. Что такое пищеварение и что происходит с пищей в ротовой полости 187 ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • За что пищеварительная система получила своё название? 2. • Что происходит в ротовой полости? 3. • О чём свидетельствует зубная боль? 4. • Как выгоднее запасать вещества - в виде крупных полимерных молекул или в виде мономеров? Почему? 5. • За счёт чего можно увеличить площадь поверхности какого-либо органа, не увели- чивая его объёма? Приведите примеры. 6. • Какое яблоко вызовет выделения большего количества слюны - кислое или сладкое? Почему? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. Н • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Действие ферментов слюны на крахмал В одну пробирку налейте 1 мл воды, а в другую - 1 мл слюны. В обе пробирки добавьте по 1 мл крахмального клейстера. Встряхните обе пробирки несколько раз и подержите их в руке, чтобы согреть растворы. Добавьте в каждую пробирку 1-2 капли раствора иода. Что произошло? Есть ли разница между пробирками? Почему? Сформулируйте вывод. 188 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме § 35. Вперёд, к желудку ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Важнейшие процессы переваривания пищи происходят в желудке. Факт 2. Пища попадает в желудок по пищеводу. Факт 3. Пища движется к желудку, даже если висишь вверх ногами. Факт 4. Внутренняя среда организмов имеет слабощелочную реакцию. Факт 5. Желудочный сок кислый. ' Проанализируйте эти факты и определите: чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ ' Что такое пищеварение? (§ 34) ' Из каких частей состоит пищеварительная система? (§ 34) ' Что происходит в ротовой полости? (§ 34) ' Какую роль в пищеварении играют ферменты? (§ 4-5, 34) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Глотаем • Когда вы кашляете за едой, бабушка часто говорит: «Не в то горлышко пища попала». Что это значит? Несмотря на то что проглатывание пищи занимает доли секунды, это процесс очень сложный. Как вы помните, в глотку открывается не только ротовая полость, но и отверстия, ведущие в полость носа, и из неё же берут начало пищевод и дыхательные пути. Когда воздух попадает в пищевод, ничего страшного не происходит, а вот кусок пищи в трахее может очень помешать дыханию. Но и пища, и воздух обычно придерживаются предназначенного им пути. Акт глотания в нашем организме происходит бессозна- Мягкое нёбо Надгортанник Пищевод Пища Надгортанник Пища Трахея Трахея 35.1. Механизм глотания • Покажите на рисунке, что происходит с комком пищи, если человек «поперхнулся». § 35. Вперёд, к желудку 189 тельно, и мы не задумываемся о том, какие мышцы и в какой последовательности надо привести в действие. Когда пищевой комок касается мягкого нёба, основания языка или задней стенки глотки, возбуждается центр глотательного рефлекса в продолговатом мозге. Оттуда сигналы направляются к мышцам полости рта, глотки, гортани и пищевода. Координированное сокращение их мышц проталкивает комок в пищевод. Двигаясь к пищеводу, он пересекает дыхательные пути. Чтобы пища не попала в них, мягкое нёбо поднимается и прикрывает носоглотку, надгортанник перегораживает вход в гортань. Язык приподнимается и препятствует движению пищевого комка обратно в полость рта, пища попадает в пищевод. Иногда, например, если мы разговариваем во время еды, последовательность действия мышц нарушается и пища попадает в трахею. Срочно включается механизм кашля. «Поперхнулся!» — говорим мы в таких случаях. Что заставляет пищу двигаться по «трубопроводу»? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Пищевод — это мышечная трубка длиной около 25 см. Нижний её конец проникает сквозь диафрагму в брюшную полость и здесь переходит в желудок. Движение пищи по пищеводу мы почти не ощущаем. Иногда может показаться, что она просто проваливается в желудок. Однако это неверно, пища проходит пищевод относительно медленно. Изучая пищевод, мы впервые сталкиваемся с перистальтикой (рис. 35.2) — волнообразной мышечной активностью полых внутренних органов — желудка, кишечника, мочеточников и др. Пищеварительный тракт имеет свою мускулатуру. В самом верхнем отделе пищевода это — поперечно-полосатые мышцы, в других отделах пищеварительного тракта — гладкие. Мышцы обеспечивают перемешивание и передвижение пищи по пищеварительному тракту. По полым трубчатым отделам пищеварительной системы пища «продавливается» волнами ритмичного сокращения их стенок. В каждом отделе свой ритм и характер сокращения мышц. Когда пищевой комок попадает из глотки в пищевод, перед ним проходит волна расслабления кольцевых мышц в направлении желудка, а за ним идёт волна сокращения этих же мышц. Волны перистальтики следуют друг за другом непрерывно с определённым ритмом и скоростью. Это позволяет пище двигаться к желудку даже в том случае, если человек стоит на 35.2. Перистальтика пищевода голове. • Для чего нужна перистальтика пищевода? Сокращение ({ \ мышц / ^ Расслабление мышц 190 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Мускулистый «контейнер» • Как устроен желудок? Соединительная ткань Мышечные слои Слизистая оболочка Мышечная оболочка желудка состоит из трёх слоёв гладких мышц: внешнего продольного, среднего кругового и внутреннего косого. В нижней части желудка волокна кругового и продольного слоёв образуют сфинктер, называемый привратником желудка. Изнутри желудок выстлан слизистой оболочкой. 35.3. Строение желудка Наш пищевой комок из бифштекса с картошкой оказывается в желудке, мускулистом мешкообразном органе, который лежит в верхней левой части брюшной полости, непосредственно под диафрагмой. К верхней части желудка подходит пищевод, а от нижней отходит начальный отдел тонкого кишечника - двенадцатиперстная кишка. Стенки желудка трёхслойные: снаружи они покрыты соединительной тканью, затем идёт мощный мышечный слой, а изнутри его выстилает слизистая оболочка с большим количеством желёз. В желудке пища задерживается на несколько часов, и здесь её накапливается достаточно много, поэтому ёмкость желудка взрослого человека довольно велика - около 1,5-2 л. Желудочный сок расщепляет белки пищи • Почему желудочный сок включает не только ферменты, необходимые для переваривания пищи? Через 5-8 мин. после поступления пищи железы желудка начинают выделять жидкую бесцветную смесь соляной кислоты, желудочных ферментов и слизи - желудочный сок. Ферменты желудка выделяются железами в неактивной форме, активируются они соляной кислотой и действуют только в кислой среде. Кроме того, соляная кислота дезинфицирует пищу. Основной фермент желудочного сока - пепсин - расщепляет крупные молекулы белка до более коротких цепей. Кроме пепсина, в желудке есть ферменты, расщепляющие жиры, но они мало активны, а вот фермента, расщепляющего углеводы, в желудочном соке нет. Если пепсин расщепляет молекулы белка, то что же мешает ему переварить клетки окружающих тканей? Оказывается, железы желудка синтезируют и хранят пепсин в неактивной форме в виде молекул пепсиногена. При взаимодействии с кислым желудочным соком они активизируются и начинают свою разрушительную работу. Тот же механизм используется и в тонком кишечнике, где железы синтезируют неактивную форму белка трипсина - § 35. Вперёд, к желудку 191 трипсиноген. Он активируется в щелочной среде кишечного сока и начинает расщеплять молекулы белка. Но пищевой комок пропитывается кислым желудочным соком постепенно, и внутри комка во всё ещё щелочной среде в течение некоторого времени продолжается действие ферментов слюны и разложение углеводов. Желудочная слизь плотно обволакивает стенки желудка, защищая их от воздействия соляной кислоты и действия пепсина, то есть от самопереваривания. Между приёмами пищи желудочный сок почти не выделяется, и в нём совсем мало соляной кислоты, но как только начинаются приготовления к завтраку или обеду, его выделение усиливается. Вырабатывающийся во время еды сок обладает сильнокислой реакцией. Чем плотнее пищевой комок, чем больше в нём белка, тем больше сока выделяют железы желудка, тем дольше пища задерживается в нём. Во время одного приёма пищи вырабатывается 600-1200 мл сока. Пища покидает желудок только тогда, когда её консистенция становится жидкой или полужидкой. В такой кашице, которую называют химусом, трудно узнать прежние бифштекс с картошкой. Жирная пища задерживается в желудке дольше, чем пища, богатая белками, углеводная - меньше, чем белковая, а жидкости не задерживаются в желудке вовсе. Переваривание в желудке может длиться от 3 до 10 ч. Движения желудка перемешивают пищу • Как перемешивается содержимое желудка? Стенки пустого желудка несколько напряжены и изредка сокращаются, что связано у нас с ощущением голода. Сразу после приёма пищи гладкие мышцы желудка расслабляются и спустя некоторое время начинают совершать перистальтические движения (рис. 35.4). Это способствует перемешиванию перевариваемой пищи, пропитыванию её желудочным соком и продвижению её к тонкому кишечнику. Однако если в желудок по падают вредные для организма вещества, перистальтические движения меняют своё направление и обратно в пищевод. Возникает рвота. На границе желудка и тонкого кишечника расположена кольцевая мышца, открывающая и закрывающая просвет выходного отверстия желудка. Эта мышца, регулирующая просвет трубчатого органа, называется сфинктером. Она периодически открывается и выпускает из желудка небольшие начинают выталкивать пищу 35.4. Перистальтика желудка • В чём сходство и в чём различие перистальтических движений желудка и пищевода? С чем они связаны? 192 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме порции химуса. Содержащаяся в нем соляная кислота раздражает слизистую оболочку тонкого кишечника, сфинктер закрывается и вновь открывается только тогда, когда кислота нейтрализуется щелочным соком кишечника. В желудке действие амилазы слюны прекращается: уж очень кислая там среда. Зато под действием кислоты молекулы белков развернулись — и фермент пепсин начал «разбивать» их на «кирпичики» молекулярных блоков. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Ритмическое волнообразное сокращение мышц пищеварительного тракта перемешивает и продвигает пищу. В желудке начинается активное переваривание белков. Один из важнейших компонентов желудочного сока -соляная кислота. Перистальтика, желудочный сок ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Как осуществляется глотание? 2. • Какие вещества расщепляются в желудке? 3. • Для чего в желудочном соке присутствует соляная кислота? 4. • Почему желудок не переваривает себя? 5. • Почему весь пищеварительный тракт представлен относительно тонкой длинной трубкой, а желудок больше похож на мешок? 6. • Иногда после еды возникает неприятное ощущение жжения в желудке - изжога. Самый простой способ борьбы с ней - выпить раствор соды. Как вы думаете, отчего возникает это ощущение и почему помогает сода? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 36. Двенадцатиперстная кишка и её помощники 193 § 36. Двенадцатиперстная кишка и её помощники ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Длина кишечника взрослого человека больше 4 м. Факт 2. Двенадцатиперстная кишка вместе с поджелудочной железой и печенью продолжает работу желудка. Факт 3. В тонком и тостом кишечнике происходит всасывание пищи. • Проанализируйте эти факты и определите: чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • У каких животных есть пищеварительные железы? (7 класс) • Чем отличаются железы внешней и внутренней секреции? (§ 20) • К какой системе органов относится поджелудочная железа? (§ 21) • Что такое фагоцитоз? (§ 6) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Бифштекс, картошку и салат уже трудно узнать. Некоторое количество белковых молекул уже разобрано на куски, и картофельный крахмал также в некоторой степени раздроблен. А вот жиры, которых в любом мясе довольно много, пока сохранили свою структуру. И как они помещаются в животе? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. И вот химус достиг тонкого кишечника. Тонкий кишечник — это длинная трубка, покрытая снаружи соединительной тканью, в которой есть слой гладких мышц и слизистая оболочка. Тонкий кишечник состоит из трёх отделов - двенадцатиперстная, тощая и подвздошная кишки. Поскольку длина тонкого кишечника составляет около 3 м, а толстого — примерно 1,5 м, понятно, что трубка такой длины ни за что бы не поместилась в брюшную полость, если бы не была уложена в петли. Аккуратная укладка обеспечивается складками, на которых желудок и кишечник подвешены, как на гамаках, к стенкам брюшной полости. Они называются брыжейками. Клетки брюшной полости выделяют жидкость, так что её гладкая поверхность ещё и увлажнена. Благодаря этому при перемещениях поверхности соседствующих петель кишечника и других внутренних органов свободно скользят и не повреждаются. По брыжейке к кишечнику подходят кровеносные и лимфатические сосуды, нервы. 194 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Что делать с жирами? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Отдел тонкого кишечника, в который попадает химус из желудка, называется двенадцатиперстной кишкой (рис. 36.1). Эта наиболее широкая часть тонкой кишки получила своё название из-за того, что её длина примерно равна толщине 12 пальцев (перстов). В двенадцатиперстную кишку впадают протоки двух крупных пищеварительных желёз: печени и поджелудочной, лежащих вне пищеварительного канала. Задача, которую им необходимо решить в первую очередь, — нейтрализовать кислоту, полученную вместе с химусом из желудка. В двенадцатиперстной кишке на кислую массу изливаются три сока: щелочные секреты поджелудочной железы, печени и кишечных желёз. Они изменяют кислую среду химуса на нейтральную или даже слабощелочную. Именно в таких условиях активируют ся ферменты поджелудочной железы, играющие одну из главных ролей в пищеварении. Поджелудочная железа • Как поджелудочная железа участвует в пищеварении? Мы уже знакомы с поджелудочной железой. Это железа смешанной секреции. Одни её секреторные клетки выделяют гормоны, а другие — пищеварительный сок. Он поступает из поджелудочной железы в двенадцатиперстную кишку по протоку. Ферменты поджелудочной железы играют ключевую роль в переваривании белков, жиров и углеводов. Они продолжают расщеплять пищевые молекулы не только в двенадцатиперстной кишке, но и в других отделах тонкого кишечника. Трипсин и химотрипсин «руководят» разборкой молекул белков, а амилаза поджелудочной железы расщепляет углеводы. В соке этой железы содержится ещё фермент липаза, расщепляющий жиры, однако расщепление жиров невозможно без желчи — продукта деятельности печени. 36.1. Двенадцатиперстная кишка, печень и поджелудочная железа Какая из двух пищеварительных желёз эндокринная? Истекающая желчью • Как печень участвует в переваривании? Что такое молоко? Печень - самая крупная железа человеческого тела; она весит около 1,5 кг. Её роль в процессе пищеварения состоит в том, что она вырабаты- § 36. Двенадцатиперстная кишка и её помощники 195 вает желчь — сложный секрет, который способствует расщеплению жиров. Действие желчи по смыслу аналогично работе зубов — она разбивает крупные жировые скопления на мелкие частички, и поверхность, доступная для обработки ферментами, существенно увеличивается. Желчь превращает жиры в эмульсию — мелкие капельки, взвешенные в водной среде. С подобной эмульсией вы сталкиваетесь каждый день, выпивая на завтрак стакан молока. Молоко — это тоже капельки жира, взвешенные в воде. Желчь не только эмульгирует жиры, но и способствует их всасыванию, а также усиливает перистальтику кишечника. Образование желчи происходит непрерывно, а выделяется она в кишечник только во время пищеварения, поэтому желчь накапливается в желчном пузыре. Для того чтобы небольшой по объёму желчный пузырь мог вместить всю синтезированную желчь, она концентрируется за счёт всасывания воды стенками пузыря. После начала приёма пищи желчь начинает поступать в двенадцатиперстную кишку сначала из желчного пузыря, а затем непосредственно из печени. За сутки выделяется 500—1500 мл желчи. Желчь окрашена желчными пигментами: билирубином (красного цвета) и биливердином (зелёного цвета). Они представляют собой конечные продукты распада гемоглобина. При поражении клеток печени (например, при инфекционном гепатите), закупорке желчных протоков камнями или опухолью в крови накапливаются желчные пигменты и появляется жёлтая окраска наружной оболочки глазного яблока (склеры) и кожи. У печени есть две системы кровоснабжения. Одна из них — артериальная — несёт печени кислород и питательные вещества, как и во все другие органы. О второй мы уже упоминали, это воротная система печени: воротная вена, несущая богатую питательными веществами, но бедную кислородом кровь от кишечника, вместо того, чтобы направляться к сердцу, заходит в печень и распадается на капилляры. Под микроскопом видно, что печень состоит из огромного количества долек (рис. 36.2) - крохотных цилиндрических образований печёночной ткани, расположенных вокруг центральной дольковой вены. Оба сосуда -печёночная артерия и воротная вена - делятся на всё более мелкие сосуды. Они ветвятся между дольками, окружают каждую и, распадаясь на капилляры, входят в них. Капилляры обеих систем сливаются, и кровь поступает в центральную вену дольки, а затем в печёночные вены, несущие кровь к сердцу. 36.2. Строение печёночной дольки 196 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме В стен ках ка пилля ров есть специаль ные клет ки, спо собные к фа го ци-тозу. Они очищают кровь от микроорганизмов и инородных частиц. Клетки печени задерживают токсичные вещества, расщепляют их до безвредных продуктов и выводят вместе с желчью обратно в кишечник. Так, например, именно в печени образуется мочевина — безопасный продукт разрушения белков. Таким образом, кровь, получив питательные вещества из кишечника, проходит через мощный очищающий фильтр. Каждую минуту почти четверть всей крови человека пропускается через печень. Функции печени не ограничиваются производством желчи и очищением крови — они более многообразны, а роль печени в обмене веществ более существенна, чем какого-либо другого органа. Например, печень принимает участие в поддержании постоянства глюкозы в крови. Печень забирает её излишки и превращает их в нерастворимый животный крахмал — гликоген. При недостатке глюкозы в крови печень расщепляет гликоген и насыщает кровь растворимыми сахарами. Гепатиты • Чем опасен гепатит и какие факторы повышают опасность заболевания им? В настоящее время часто встречаются опасные заболевания печени -гепатиты - воспаления печёночных клеток. Гепатиты бывают вирусные и токсические. Вирусные гепатиты относятся к категории наиболее опасных и распространённых инфекционных заболеваний. Вирусы гепатитов размножаются очень быстро и удивительно живучи: вне организма при комнатной температуре они активны до одного года, а на холоде - до четырёх лет. Токсический гепатит развивается при действии на печень некоторых химических соединений, например алкоголя. Наиболее показательный симптом при болезни печени и желчного пузыря - жёлтая окраска склеры, кожи и слизистых оболочек, связанная с накапливанием в тканях желчных пигментов, проявляется при ге патитах - желтухах. Гепатиты сильно поражают клетки печени, и восстановление её нормальной работы может длиться в течение нескольких лет. Готовим, помешивая • Почему авторы дали такое название рубрике? В двенадцатиперстной кишке пищу подщелочили, желчь эмульгировала жиры, и ферменты начали отщеплять от них жирные кислоты. Амилаза поджелудочной железы завершает расщепление углеводов. Трипсин и химотрипсин отщепляют отдельные аминокислоты от коротких цепей, которые когда-то были белками. Жирные кислоты, простые сахара и аминокислоты начали всасываться. Все ферменты уже выделены в химус и активно действуют. Теперь эффективность этого процесса зависит от того, насколько равномерно распределены ферменты между пищевыми частицами. Перистальти- § 36. Двенадцатиперстная кишка и её помощники 197 ческие движе ния в ки шеч ни ке (рис. 36.3) не ограничиваются волнообразными сужениями и расслаблениями, продвигающими пищу вперёд. Теперь в разных участках кишечника образуются то глубокие поперечные перехваты, то кишечная стенка начинает двигаться относительно содержимого кишки. Такие движения способствуют лучшему растиранию химуса, перемешиванию его с пищеварительными соками и контакту со стенкой кишечника для пищеварения. Перистальтика ■\у \У -.“с У\. \/ =Ъ< УЛ Ритмическая сегментация Маятникообразные движения • В чём отличия движений тонкого кишечника от движе- 36.3. Типы движений тонко-ний пищевода и желудка? го кишечника ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА В двенадцатиперстную кишку поступают сок поджелудочной железы и желчь. Расщепление белков и углеводов продолжается, начинается расщепление жиров. Печень продуцирует желчь и очищает всосавшиеся в кровь вещества от токсинов. Пищеварительные железы - печень и поджелудочная железа, желчный пузырь, желчь ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Почему двенадцатиперстную кишку выделяют как самостоятельный отдел тонкого кишечника? Что там происходит? 2. • Какова роль поджелудочной железы и печени в пищеварении? 3. • Отчего так высока двигательная активность тонкого кишечника? 4. • Как вы думаете, почему некоторые лекарственные препараты можно только вводить в кровь, а не давать их больному так же, как пищу? 5. • Почему таблетки некоторых лекарственных препаратов рекомендуют рассасывать во рту, а другие - глотать целиком? 6. • Желчь животных используют как лекарственный препарат. Как вы думаете, при каких заболеваниях и как можно её применять? 198 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме § 37. Как питательные вещества попадают в клетки ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. В кишечнике завершается переваривание и осуществляется всасывание пищи. Факт 2. Площадь внутренней поверхности кишечника огромна. • Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что происходит в двенадцатиперстной кишке? (§ 36) • Во что превращается пища в тонком кишечнике? (§ 36) • Где происходит расщепление питательных веществ, а где - синтез новых органических веществ? (§ 4-6) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Что происходит в толстом кишечнике? • Чем можно отравиться? • Как пищеварительная система облегчает проникновение болезнетворных организмов? Наконец-то поглощаем Процесс транспорта переваренных желудочно-кишечного тракта в кровь, Отрезок тонкой кишки длиной 1 м. Площадь поверхности такого цилиндра - около 0,1 м2. Круговые складки эпителия кишки увеличат площадь всасывающей поверхности в 3 раза. С учётом ворсинок эпителия площадь всасывания возрастёт ещё в 10 раз. И наконец, микроворсинки увеличат площадь ещё в 20 раз. Площадь всасывания метрового отрезка кишки - 60 м2. 37.1. Схема увеличения площади внутренней поверхности кишечника • За счёт чего и почему увеличивается площадь внутренней поверхности тонкого кишечника? пищевых веществ из полости лимфу и межклеточное пространство называется всасыванием. Оно осуществляется на протяжении всего пищеварительного тракта, но в каждом отделе имеются свои особенности. Всасывание некоторых веществ начинается уже в ротовой полости, хотя и незначительное, так как пища там не задерживается, затем оно идёт в желудке, но главное место всасывания — тонкий кишечник. Эффективность всасывания находится в прямой зависимости от площади поверхности, контакти рующей с химусом. § 37. Как питательные вещества попадают в клетки 199 37.2. Строение ворсинки и эпителиальных клеток кишечника (стрелками показан путь питательных веществ) Следовательно, при длине тонкого кишечника около 3 м у взрослого человека общая площадь его слизистой оболочки составляет примерно 200 м2. Она сплошь покрыта микроскопическими выростами — ворсинками (рис. 37.2) и даже выглядит бархатистой. Кроме того, поверхность каждой клетки кишечного эпителия, обращённая в просвет кишечника, покрывает множество микроворсинок. Каждая ворсинка оснащена мышечными волокнами, в неё входят кровеносный и лимфатический капилляры и нервное окончание. Ворсинки кишечника в течение всего процесса пищеварения постоянно сокращаются и расслабляются, благодаря чему они всё время соприкасаются с новыми порциями перевариваемой пищи. Всасывание происходит как за счёт диффузии, так и за счёт активного транспорта веществ через мембраны клеток с затратой энергии. Продукты всасывания поступают в кровеносные и лимфатические капилляры. При этом элементарные блоки сахаров и белков (глюкоза и аминокислоты) всасываются в кровь, а затем направляются через воротную вену к печени, которая их накапливает и распределяет между органами. Элементарные блоки жиров (жирные кислоты и глицерин) поступают в клетки эпителия кишечника, где образуются свойственные организму жиры. Они попадают сначала в лимфу и уже оттуда — в кровеносную систему. Всасывание происходит постепенно, по мере продвижения химуса по тонкому кишечнику. Пристеночное пищеварение - последний этап пищеварения и первый этап всасывания До поступления в двенадцатиперстную кишку пищеварение шло в ротовой полости и полости желудка на значительном расстоянии от их стенок. Такое пищеварение называется полостным. Русский учёный А.М. Уголев установил, что в тонком кишечнике, помимо обработки пищи ферментами в полости кишки, важную роль играют процессы расщепления сложных веществ на самой поверхности клеток слизистой оболочки стенки кишки. Это пристеночное, или мембранное, пищеварение происходит с участием ферментов, «сидящих» на клеточной мембране, и заканчивается всасыванием питательных веществ через стенки кишечника и сосудов в кровь или лимфу. Полостное пищеварение 200 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме эффективно для разделения больших молекул на куски, а пристеночное — для дробления этих кусков на «кирпичики», пригодные для транспорта во внутреннюю среду. К пристеночному пищеварению «допускаются» лишь частицы, размер которых меньше расстояния между соседними ворсинками. Кто съест бифштекс, картошку и овощной салат? Итак, продукты переваривания всасываются в кровь. Жиры, свойственные человеку, формируются уже в клетках кишечного эпителия. Далее жиры вместе со строительными блоками углеводов (простые сахара) и белков (аминокислоты) кровь и лимфа разнесут по всему организму. Из капилляров они попадут в клетки. Там часть жиров и строительных блоков будут разрушены, а выделившаяся энергия будет запасена в АТФ. Другая часть блоков пойдёт на строительство белков и углеводов, свойственных человеку. В клетках наш обед наконец найдёт полезное употребление. Забираем оставшееся и выбрасываем ненужное В правом нижнем углу брюшной полости подвздошная кишка впадает в толстую, несколько отступив от её конца. Конец толстой кишки образует слепую кишку — тупик кишечника. От неё отходит червеобразный отросток длиной 8—15 см — аппендикс. Под слизистым слоем стенок этого органа расположены скопления лимфатической ткани, что говорит о принадлежности аппендикса к защитным системам организма. Иногда он воспаляется, это заболевание называется аппендицитом. В толстую кишку поступает оставшаяся непереваренной пища. В этом отделе кишечника находится огромное количество бактерий, называемых бактериальной, или кишечной, флорой. Они помогают организму получить дополнительные питательные вещества, так как расщепляют растительную клетчатку и синтезируют некоторые витамины. У новорождённых содержимое толстого кишечника стерильно, но этот отдел заселяется кишечной флорой в течение первых месяцев жизни. У здорового взрослого человека двенадцатиперстная кишка практически никогда не содержит бактерий, в верхних отделах тонкого кишечника их немного, значи-37.3. Толстый кишечник тельно больше в нижних отделах, а в тол- • Почему толстый кишечник стом кишечнике всегда присутствует бак-«толще» тонкого? териальная флора. § 37. Как питательные вещества попадают в клетки 201 В толстой кишке происходит всасывание из химуса воды с растворёнными в ней минеральными солями и сформирование каловых масс. Эпителий толстого кишечника не имеет микроворсинок, железы выделяют мало ферментов, но много слизи, облегчающей продвижение непереваренных остатков по кишке. Перистальтические движения толстого кишечника примерно такие же, как и у тонкого. Они перемешивают его содержимое, вода равномерно всасывается, и пищевая кашица превращается в плотные каловые массы. Регулярно по всему толстому кишечнику проходят мощные волны сокращения. Такие движения часто наблюдаются после еды. Они изгоняют каловые массы в конечный отрезок толстой кишки — прямую кишку. Это короткая прямая трубка, которая заканчивается анальным отверстием, окружённым двумя кольцами мускулов-сфинктеров. Работой первого сфинктера мы управлять не можем, а работа второго находится под контролем нашего сознания — мы можем произвольно расслаблять и напрягать его. Опорожнение прямой кишки — дефекация — рефлекторный акт, которому способствуют сокращения диафрагмы и мышц стенки живота. Пища идёт через кишечник достаточно долго — в течение 24—36 ч, и это позволяет нашим клеткам получать свежие порции питательных веществ практически бесперебойно, несмотря на то что иногда перерывы в еде могут быть достаточно продолжительными. Пищевые отравления Употребление недоброкачественных продуктов, незнакомых грибов и плодов может вызвать боли в животе, рвоту, понос, головную боль, головокружение и даже обмороки. Тогда говорят о пищевом отравлении. В этом случае необходимо дать больному 1—2 л тёплой воды и вызвать рвоту, а затем надо приложить грелку к рукам и ногам, давать обильное горячее питьё и обязательно вызвать врача. Очень опасен для человека токсин ботулин, который вырабатывается одним из видов бактерий при отсутствии кислорода. Эти бактерии могут размножаться в больших кусках рыбы, ветчины и особенно в некачественных консервах. Ботулин полностью разрушается при кипячении в течение 15 мин. Поэтому, если крышка консервной банки вздута, её содержимое нужно обязательно прокипятить, а лучше совсем не употреблять в пищу. Кишечные инфекции В пищеварительный тракт могут попадать болезнетворные микробы вместе с недоброкачественной, плохо обработанной пищей или с грязных рук. Переносчиками возбудителей заболеваний могут быть мухи и тараканы. Часть бактерий обезвреживается ещё в ротовой полости под действием слюны или разрушается желудочным соком и желчью. Однако некоторые микроорганизмы попадают в кишечник и начинают 202 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме интенсивно размножаться, вызывая такие инфекционные заболевания, как брюшной тиф, дизентерия, холера и др. Яды, выделяемые бактериями, отравляют организм. Воспаление толстого кишечника приводит к нарушению всасывания в нём воды, что приводит к поносу. Гельминтозы Некоторые организмы не прочь воспользоваться плодами деятельности нашей пищеварительной системы. Гельминты, или глисты, паразитируют и в кишечнике человека. Употребление непрожаренной рыбы, мяса, плохо вымытых овощей и фруктов может привести к заражению паразитическими червями, то есть глистным заболеваниям, или гельминтозам. При гельминтозах снижается вес, наблюдается общее недомогание, тошнота, отёки. При сильных глистных заражениях может возникать недостаток витаминов, так как паразиты поглощают большую их часть. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА 37.4. Гельминты В тонком кишечнике завершается обработка ферментами веществ, которые не так давно были картошкой, бифштексом и овощным салатом. Всё, что получилось в результате этой обработки, активно всасывается в кровь. До толстого кишечника добралась в основном лишь клетчатка овощей да некоторые минеральные соли. В тонком кишечнике идут процессы всасывания в кровь пищи, «разобранной» до молекулярных блоков. В толстом кишечнике всасывается в основном вода и формируются каловые массы. Для предупреждения кишечных заболеваний необходимо следить за чистотой своих рук, тщательно мыть овощи и фрукты, держать еду закрытой, уничтожать тараканов и мух, не пить сырую воду, не есть непрожаренные рыбу и мясо. Аппендикс, кишечная (бактериальная) флора 1, 2 3. ' 4. ' 5. < 6. ' ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ • Где и как происходит всасывание питательных веществ из пищи? • Куда попадают в конце концов полезные вещества из пищи? • Где всасывается вода из пищи? • Для чего нам необходимы бактерии-симбионты? • Выполнение каких правил поможет не отравиться и не заразиться? Чем различаются пищеварение в желудке и пищеварение в кишечнике? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 38. Чтобы жить - надо есть 203 § 38. Чтобы жить - надо есть ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Николай: я люблю белковую пищу - мясо, рыбу. Она нужна для роста мышц, ведь я спортсмен. Настя: А я люблю фрукты. Они полезны и состоят из легко усваивающихся углеводов. Миша: Нет, самые вкусные деликатесы обязательно содержат жиры. • О чём спорят ребята? Кто из них прав? Предложите свой вариант основного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Каковы функции жиров, белков и углеводов в организме? (§ 4-5) • Из каких процессов складывается питание организма? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Итак, съеденный обед разобран в пищеварительном тракте на небольшие молекулы. Что же происходит с ним дальше? Строительные материалы • Из чего строятся белки? Продукты расщепления белков — аминокислоты — поступают в кровь и разносятся по всем органам и тканям. Аминокислоты необходимы для синтеза белков в процессах восстановления разрушенных структур клеток и тканей, роста организма, увеличения его биомассы (белковых компонентов тканей и клеток) в процессе роста, производства ферментов и гормонов и т.д. Не использованные в этих процессах аминокислоты распадаются. От них отделяется азот, который выводится из организма с мочой. Остаток аминокислоты в конечном счёте превращается в глюкозу. В отличие от сахаров и жиров белки не накапливаются в организме. Все они входят в структуру клеточных элементов тканей и жидкостей. При отсутствии регулярного притока аминокислот начинают разрушаться клетки и ткани организма. Это — признаки «белкового голодания». Поэтому недостаточность белков может быть причиной повышенной восприимчивости к инфекционным заболеваниям, снижения кроветворения, задержки развития растущего организма, нарушения деятельности нервной системы и других систем органов, замедления восстановления клеток после заболеваний. Большинство аминокислот синтезируются в нашем организме в значительном количестве, независимо от поступления их с белками пищи. 204 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме 38.1. Продукты, содержащие белки • Обратитесь к таблице на с. 31 и выясните, какие из этих продуктов содержат наибольшее количество белков. Эти аминокислоты называются заменимыми. Конечно, если такие аминокислоты поступают в достаточном количестве, организм не синтезирует их, сберегая энергию на «сборке». Однако есть и незаменимые аминокислоты, которые могут быть получены только с пищей. Белковые пищевые продукты, содержащие полный набор незаменимых аминокислот, называют полноценными. Но необходимо помнить, что даже в полноценных пищевых продуктах белки могут быть трудны или недоступны для переваривания. Значит, правильнее говорить о высокой и низкой биологической ценности белковых продуктов. Мясо, рыба, яйца, молочные продукты — источники белков высокой биологической ценности. Они содержат все незаменимые аминокислоты и хорошо усваиваются. Горох, фасоль, чечевица, орехи и грибы содержат много белков, но они плохо перевариваются, и поэтому их биологическая ценность низка. Её может повысить грамотное приготовление блюд из этих продуктов. Энергия про запас • Зачем нужен жир? Вы уже знаете, что липиды необходимы для строительства клеточных мембран, а значит — новых клеток. Кроме того, жир — это компактно упакованный концентрат энергии. Количество энергии, освобождающейся при окислительном распаде жиров, более чем в два раза превышает количество энергии, выделяющейся при окислении белков и углеводов. Жир может откладываться «про запас» при избыточном поступлении пищи. Избыток аминокислот превращается в глюкозу, а вся избыточная глюкоза, в свою очередь, - в жировые отложения. Жировые депо - это подкожная клетчатка и складки брюшины. Некоторые жирные кислоты, необходимые для жизнедеятельности, не могут образоваться в организме человека из других жирных кислот. Аналогично аминокислотам они называются незаменимыми. Биологи- § 38. Чтобы жить - надо есть 205 ческая ценность пищевых жиров опре- ^ деляется тем, входят ли в их состав незаменимые жирные кислоты. Они в избытке содержатся в растительных продуктах, рыбе и птице. Жиры человек получает из растительного и сливочного масла, мяса, рыбы, мо лока, молочных продуктов и яиц. Врачи не рекомендуют злоупотреблять животными жирами, так как они способствуют развитию болезней сердца и нарушениям мозгового кровообращения, поэтому полезно включать в рацион больше растительных жиров. Если мы потребляем много энергетически ценной пищи, например жиров, и не прилагаем усилий к тому, чтобы полученную энергию истратить, она запасается в организме. Съеденные пирожные и торты, жирные котлеты и жареная картошка могут сильно изменить фигуру, если хотя бы пару часов в неделю мы не проводим на спортплощадке или в спортзале. «Отряд быстрого реагирования» • Чем хороши углеводы? По энергетической ценности углеводы уступают жирам. Однако они гораздо быстрее окисляются, выделяя необходимую организму энергию. Следовательно, проблемы избыточного веса связаны с ожирением, а не накоплением углеводов. Углеводы, поступающие в организм с пищей, в относительно небольших количествах (если сравнивать с жировыми запасами) могут откладываться в печени и мышцах в виде гликогена. Он служит дополнитель- 38.2. Продукты, содержащие жиры • В каких продуктах содержание жиров выше, чем в других? Содержит ли жир постное мясо? Жиры из каких продуктов наиболее полезны для здоровья? 38.2. Продукты, содержащие углеводы • В каких продуктах содержание углеводов выше, чем в других? 206 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме ным «быстрым» источником энергии, который расходуется организмом при эмоциональных или физических перегрузках, стрессовых состояниях, травмах, инфекционных и других заболеваниях. Различные пищевые продукты содержат разное количество углеводов. Больше всего углеводов в хлебе и других мучных продуктах, в бобах, картофеле, меньше — в молоке, овощах, совсем нет — в мясе. Помните: излишки углеводов также могут откладываться в виде жира! Что такое рациональное питание? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Еда для нас приятна. Не только вид пищи, но даже мысли о еде иногда поддерживают нас в трудные минуты. Недаром все значительные события нашей жизни мы отмечаем застольем. Но несмотря на то, что в наше время модно говорить о правильном питании, мало кто задумывается о том, что это такое на самом деле. Подвижный, а тем более растущий человек, часто бывающий на свежем воздухе, тратит много энергии, и ему нужно её восполнять. Очевидно, что его питание должно отличаться от питания человека, ведущего кабинетную работу, день за днём проводящего в помещении. Как правило, мы понимаем это, но часто забываем о необходимости грамотного питания. А ведь при правильном питании человек меньше болеет, а заболев, легче выздоравливает. Грамотно составленный набор потребляемых человеком продуктов — пищевой рацион — может быть не менее важен, чем правильно подобранные лекарства. Питание должно обеспечивать слаженную работу и гармоничное развитие организма. Что же определяет качество питания? Прежде всего качество пищи, соотношение в ней белков, жиров и углеводов. Именно они обеспечивают организм стройматериалами и энергией. Количество энергии, запасаемой при усвоении того или иного пищевого продукта, называется калорийностью этого продукта. Чем калорийнее продукты, которые мы едим, тем больше мы должны двигаться. Пища должна содержать и так называемые балластные вещества. Это прежде всего жёсткие растительные волокна, клетчатка. Балластными их называют потому, что перевариваются они в незначительных количествах. В то же время эти вещества служат необходимой средой для развития и жизнедеятельности полезных микроорганизмов в кишечном канале и благодаря своей жёсткости раздражают кишечную стенку, стимулируют рефлексы, необходимые для регуляции пищеварения. Богатые клетчаткой сырые овощи и фрукты должны обязательно присутствовать в рационе, тем более что они содержат, как правило, не только балластные вещества, но и совершенно необходимые для существования нашего организма витамины и микроэлементы. § 38. Чтобы жить - надо есть 207 Калорийность продуктов Продукт Калорийность (ккал/100 г) Хлеб ржаной 190 Хлеб пшеничный 220 Крупа гречневая 329 Сахар-рафинад 375 Масло сливочное 748 Масло подсолнечное 899 Мясо (говядина) 187 Молоко 58 Кефир 59 Мороженое 226 Рыба 115 Картофель 83 Морковь 33 Яблоки 45 Апельсины 38 Грибы белые 25 • Подберите дневной рацион для спортсмена на сборах и, например, для авторов этого учебника. Учтите, что при большой физической нагрузке взрослому человеку требуется до 6 тыс. килокалорий в сутки, а при малой нагрузке - 2 500 килокалорий. Какими продуктами автор учебника не должен злоупотреблять? На вер ное, са мое важное, что необходи мо ска зать, - нель зя гра мотно составить рацион не только для нескольких человек (ведь у каждого свои особенности), но и для себя самого раз и навсегда. Условия жизни непрерывно меняются: сегодня вы здоровы, завтра - заболели. Растущему ребёнку нужна одна диета, взрослому - другая. Когда вы молоды, вы можете позволить себе больше — обмен веществ вашего организма интенсивен, с годами энергии вам потребуется меньше. Но и люди одного возраста сильно отличаются друг от друга. Кто-то ест много и мечтает потолстеть, другой, даже сильно ограничивая себя в еде, не может избавиться от запасов жира. Очевидно, что единой диеты «для всех» быть не может. Свой собственный индивидуальный рацион нужно составлять вдумчиво, советуясь с врачом-диетологом. 208 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Зачем тратить время на приготовление пищи? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. В отличие от животных человек использует для питания многие природные продукты только после предварительной кулинарной обработки. Пищу варят, жарят, пекут. Это делает её не только вкуснее, но и более доступной для переваривания. Известно, например, что крахмал, который содержится в большинстве пищевых продуктов, в сыром виде почти не расщепляется в ротовой полости и желудке, он лишь частично переваривается поджелудочным и кишечным соками. Варёный же крахмал легко расщепляется ферментами слюны. Правильно приготовленное мясо становится мягким и гораздо лучше усваивается организмом. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Жиры используются для строительства мембран клеток. Они же - стратегический запас организма, так как обладают высокой калорийностью, медленнее накапливаются и расходуются. Углеводы менее калорийны. Это -тактический запас организма: они быстрее накапливаются и расходуются. Белки не запасаются, а используются как строительный материал и биологически активные вещества. Полноценная пища должна быть разнообразной и включать белки, жиры и углеводы. Особенно надо следить, чтобы пища содержала незаменимые аминокислоты и жирные кислоты. Рацион человека следует составлять с учётом его возраста, активности и состояния здоровья. Незаменимые аминокислоты, незаменимые жирные кислоты, пищевой рацион ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какие вещества обеспечивают организм строительными материалами? 2. • Какие вещества обеспечивают организм энергией? 3. • Какие вещества организм запасает и для чего? 4. • Что кроме калорийности составляет пищевую ценность продуктов? 5. • Как необходимо изменить рацион человека, потерявшего в результате травмы часть печени? 6. • Можно ли обнаружить растительное масло среди запасённых человеком жировых отложений? Если нет, то зачем оно употребляется? 7. • Связаны ли между собой следующие факты: люди используют соль и специи для консервации продуктов; люди, живущие в жарком климате, любят острую пищу. 8. • Как вы считаете, полезно ли питаться фаст-фудом? 9. • Что именно для вас означает понятие «рациональное питание»? § 39. Мал золотник, да дорог 209 § 39. Мал золотник, да дорог ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. В 1880 году русский врач и биохимик Николай Иванович Лунин показал, что крысы, которых кормят пищей, искусственно составленной из белков, жиров и углеводов, смешанных в нужной пропорции, погибают. Факт 2. Так было установлено, что естественная пища обычно содержит ещё какие-то вещества, необходимые для жизни. • Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое ферменты и какова их роль? (§ 4-5) • Какова роль минеральных веществ в жизни клеток и организма? (§ 4-5) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Витамины - важнейший компонент ферментов • Почему организм не может существовать без витаминов? Исследования Николая Ивановича Лунина доказали, что для жизни организма в его пище должны быть не только белки, жиры и углеводы, но и другие вещества. Польский учёный К. Функ в 1912 году предложил назвать эти вещества «витаминами». Долгое время химическое строение этих веществ оставалось неизвестным, и их обозначали буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E, K. Сейчас химическое строение большинства витаминов изучено, и у них есть новые «имена», но старые названия по-прежнему употребляются. Витамины — это органические вещества различной химической природы, необходимые для жизни организма в очень небольших количествах (от нескольких микрограммов до нескольких миллиграммов в сутки). В отличие от всех других жизненно важных пищевых веществ витамины не используются в «строительстве» организма и в качестве источников энергии. Их молекулы входят в состав некоторых ферментов. Мы уже говорили о том, что все ферменты — белки. Но некоторые ферменты, например пепсин, состоят только из белка, а другие — из двух компонентов, один из которых — белок, а второй — органическая молекула меньшей величины. Без этой молекулы фермент работать не может. Такие молекулы называются коферментами, и очень часто в их состав входят витамины. Поэтому ясно, что, хотя витамины необходимы нам в небольших количествах, их отсутствие или недостаток повлечёт за собой существенные нарушения в работе ферментов и, следовательно, в обмене 210 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме 39.1. Ребёнок, веществ, а вслед за этим заболевания, порою даже смертельные. Рахит, цинга, пеллагра, бери-бери и другие тяжёлые недуги, от которых умерло множество людей, оказались следствием почти полного отсутствия какого-либо витамина в организме. Такое состояние называют авитаминозом. В том случае, когда один или несколько витаминов поступают с пищей в недостаточном количестве, возникает быстрая утомляемость, нарушение концентрации внимания, головокружения, головные боли и т.д. Водорастворимые витамины включают аскорбиновую кислоту (витамин С) и витамины группы В, например, тиамин (Bi), рибофлавин (B2), ниацин (B3), пантотеновая кислота (B5), пиридоксин (Bg), биотин (В7 или H), цианоко-баламин (В12). Жирорастворимые витамины — А, Е, D и К поступают в наш организм с жирами. больной рахитом, возникшим в результате недостатка витамина D Большинство витаминов мы получаем с пищей • Как витамины попадают в организм? Большинство витаминов не синтезируются организмом человека, но некоторые из них — биотин, пантотеновая кислота, В^2 и К — синтезируются бактериями кишечника в количествах, достаточных для того, чтобы удовлетворить нормальные потребности человека. Другие витамины мы должны получать с пищей. Индивидуальные потребности людей в определённых витаминах могут значительно меняться в зависимости от активности микроорганизмов желудочно-кишечного тракта, типа рациона. Например, потребность в пиридоксине (Bg) возрастает с увеличением содержания белка в пище, так как он входит в состав ферментов, отвечающих за обмен аминокислот. Значительная часть водорастворимых витаминов должна регулярно поступать с пищей, поскольку эти витамины сравнительно быстро выводятся из организма или разрушаются в ходе обмена веществ. При потреблении чрезмерных количеств большинства водорастворимых витаминов их избыток, превышающий ежедневные потребности, просто выводится из организма. Жирорастворимые витамины, особенно А и D, накапливаются в организме, и их избыточное потребление может привести к заболеванию — гипервитаминозу. Недостаток или избыток витаминов - причина болезней Злоупотребление витаминами небезвредно, они могут и помогать, и вредить, всему нужно знать меру и не всегда верить рекламе. Здоровому человеку лучше обходиться разнообразной пищей, а больному врач назначит необходимые витаминные комплексы. Поближе вы сможете познакомиться с витаминами, изучив таблицу «Витамины». § 39. Мал золотник, да дорог 211 Грамм - это много, а миллиграмм - достаточно • Какие ещё вещества необходимы организму? Некоторые вещества необходимы нашему организму, но в очень небольших количествах. Это минеральные соли, содержащие такие элементы, как, например, кальций, нужный для построения костной ткани, свёртывания крови, нормальной работы нервной системы, а также натрий, калий и т.д. Они поступают в организм в виде растворимых солей, и их можно разделить на два класса: макроэлементы и микроэлементы. Макроэлементы — это кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера, хлор. Они требуются организму в достаточно больших количествах — несколько граммов в сутки — и, как правило, участвуют в выполнении различных функций. Например, кальций не только является составной частью неорганического вещества костей, но и играет важную регуляторную роль в реакциях, идущих в цитоплазме клеток. Суточная доза микроэлементов — несколько миллиграммов или микрограммов в сутки. Нам необходимо около 30 микроэлементов как металлов (алюминий, железо, медь, марганец, цинк, молибден, кобальт и др.), так и неметаллов (иод, селен, бром, фтор и др.). Микроэлементы входят в состав многих ферментов. Например, медь содержится в ферментах, отвечающих за кроветворение, участвует в обмене углеводов. Иод содержится в тироксине, а цинк и кобальт — в инсулине, поэтому их недостаток оказывает значительное влияние на обмен веществ. Нехватка марганца, цинка и иода может отрицательно сказываться на росте; железа, меди и кобальта — кроветворении, меди и цинка — процессах тканевого дыхания. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Человеку необходимо получать с пищей не только питательные вещества, но и витамины, макро- и микроэлементы. Витамины, авитаминоз, макроэлементы, микроэлементы 1. 2. 3. 4. 5. М ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Какова роль витаминов, макро- и микроэлементов в обмене веществ? В чём сходство и отличие витаминов и микроэлементов? Почему в магазинах продаётся иодированная соль? Почему дождевая вода невкусная и не утоляет жажду? Как вы считаете, что правильнее: покупать готовые поливитамины с определённым сбалансированным набором этих веществ или просто питаться разнообразной пищей, включающей фрукты и овощи? 6. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. ю ю Попробуйте ответить на вопросы. • Отчего в XIX веке богатые китайцы, питавшиеся очищенным рисом, страдали от болезни бери-бери? • Почему редко возникает нехватка витамина В^? • Почему витамин С особенно настоятельно рекомендуют брать с собой полярникам? • Зачем в период эпидемии гриппа рекомендуют регулярно употреблять аскорбиновую кислоту? • Почему морковь полезнее есть с маслом или сметаной? Витамины Таблица 4 > О о\ X го в п о ~0 5 Название витамина Основные источники Функция в организме Симптомы авитаминоза Жирорастворимые А (ретинол) Рыбий жир, печень, молочные продукты, морковь, шпинат. Участвует в образовании зрительных пигментов, развитии эпителиальной и костной ткани. Светобоязнь, сухая, неэластичная, бледная, бесцветная кожа, шелушение кожи лица, угри. D (кальциферол) Рыбий жир, яичный белок, молочные продукты. Образуется в коже под действием солнечного света. Регулирует минеральный обмен (соотношение кальция и фосфора), влияет на костеобразование. Рахит - нарушение роста костей у детей. У взрослых может провоцировать отложение кальция на стенках кровеносных сосудов, в тканях печени, лёгких, почек и желудка. Е (токоферол) Растительные масла, зародыши пшеницы, соевые бобы, листовая зелень. Стимулирует деятельность поповых желез, предотвращает отложение атеросклеротических бляшек в сосудах, благоприятно влияет на периферическое кровообращение. Головокружение, быстрая утомляемость, общая слабость, медленное заживление ран, кровоточивость дёсен, нарушение деятельности половых желез. К (филлохинон) Крапива, капуста, шпинат. Синтезируется бактериями в кишечнике. Важнейший фактор свёртывания крови. Пониженная свёртываемость крови. Название витамина Основные источники Функция в организме Симптомы авитаминоза Водорастворимые Bi (тиамин) Дрожжи, хлебопродукты из муки грубого помола, горох, нежирная свинина. Необходим в углеводном обмене, регулирует нервную систему. Потеря аппетита, расстройство пищеварения, онемение рук и ног Крайняя степень авитаминоза — болезнь бери-бери: истощение и слабость мышц, паралич. В2 (рибофлавин) Яйца, сыр, молоко, кисломолочные продукты, мясо. Принимает участие в процессах роста, регулирует состояние нервной системы. Потрескавшиеся уголки рта, выпадение волос, слезоточивость, воспаление конъюнктивы глаз. Вз (РР, никотиновая кислота) Печень, нежирное мясо, рисовые отруби, проростки пшеницы, дрожжи, груши, персики, томаты. Нормализует углеводный и белковый обмен. Снижает уровень холестерина. Влияет на синтез половых гормонов, тироксина, инсулина. Крайняя степень авитаминоза — болезнь пеллагра: разъедающие язвы, депрессия, понос, головокружение, быстрая утомляемость, слабоумие. Вб (пиридоксин) Во многих видах пищи. Вырабатывается бактериями кишечника. Усвоение белков и жиров, обмен азота, участвует в синтезе нейромедиаторов. В обычных условиях авитаминоз не наблюдается. В9 (фолиевая кислота) Зелёные листовые овощи, печень, почки. Вырабатывается бактериями кишечника. Участвует в синтезе нуклеиновых кислот, кроветворении, предотвращает пороки развития нервной системы у плода. Анемия, нарушение пищеварения, поседение, замедление роста, затруднённое дыхание, проблемы с памятью, врождённые пороки развития потомства. В12 (циано- кобаламин) Мясо, яйца, молоко, сыр, почки, креветки. Участвует в синтезе РНК, процессах кроветворения. Тяжёлые формы анемии. С (аскорбиновая кислота) Бутоны и плоды шиповника, цитрусовые, ягоды, овощи. Обеспечивает защиту от стресса, устойчивость к инфекциям, нормальное развитие соединительной ткани. Крайняя степень авитаминоза -цинга: кровоизлияния, выпадение зубов и волос. Анемия, сердечная недостаточность. OJ ю о Ь > О ~0 о ю W 214 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме § 40-41. «Умные» фильтры ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. В результате переработки пищевых веществ в клетках организма образуется энергия, а также конечные продукты обмена, подлежащие удалению. Факт 2. Существует несколько путей выведения этих отходов: потовые железы кожи выводят лишние соли, воду и мочевину; лёгкие - углекислый газ и воду; печень - соли желчных кислот и пигменты. Львиную долю этой работы выполняют почки - они постоянно очищают кровь. Факт 3. Выключение функции почек вызывает болезнь -острую почечную недостаточность, которая через одну-две недели может привести к смертельному исходу. • Сравните факты. С какой системой органов они нас знакомят? Предложите свой вариант основного вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое активный транспорт? (§ 37) • Как устроены органы выделения различных групп животных? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Как строение органов выделения связано с процессом образования первичной и вторичной мочи? • Какие бывают болезни почек? • Как по анализу мочи врач может узнать о состоянии организма? Из каких частей состоит выделительная система Органы выделительной системы — это парные почки и мочеточники, а также мочевой пузырь и мочеиспускательный канал. Почки лежат по двум сторонам позвоночника на уровне поясницы. Они имеют форму бобов. Вогнутый край каждого «боба» обращён к позвоночнику. Это — ворота почки, место вхождения в неё нервов, мощной почечной артерии и выходов почечной вены и мочеточников. Мочеточники представляют собой трубочки, по которым моча попадает в мочевой пузырь — мешок с толстой мускулистой стенкой. Он может сильно растягиваться, накапливая мочу. От мочевого пузыря отходит мочеиспускательный канал, выводящий мочу наружу. 40.1. Выделительная система § 40-41. «Умные» фильтры 215 Органы выделения Представьте себе идеально убранную комнату. В ней поселился человек, который намеревается посвятить ближайшее время интенсивной творческой работе, например написанию книги. Он приступил к задуманному и ни на что больше не обращает внимания. Постепенно комната теряет свой идеальный облик из-за того, что по столам разложены книги, а на полу разбросаны бумаги — человек увлечён своей работой и не хочет или не может отвлекаться на уборку. Но вот уже беспорядок начинает мешать работе — трудно отыскать нужную книгу, в комнате пыльно, не хватает свободного места на столе. У клеток разных тканей возникают примерно такие же проблемы. Они сосредоточены на своей работе, и им некогда думать об «уборке». Все отходы, которые образовались в результате химических реакций обмена веществ, и те витамины и гормоны, которые почему-либо не понадобились клетке, выталкиваются ими в межклеточную жидкость, а оттуда - в кровь. Представьте себе, к примеру, что будет через неделю с вашим двором, если из него не будут вывозить мусор каждый день. Примерно то же самое может произойти с нашей кровью, и, если её не очищать постоянно, она станет опасной для клеток. На помощь клеткам приходят почки. Это не просто «мусорная машина», выбрасывающая всё подряд. Ведь если вы случайно выбросили в мусорный бак важный документ, никто не станет разбираться, нужен он вам или нет. Его просто увезут на свалку. Почки же «разбирают мусор». Благодаря постоянным сообщениям гипоталамо-гипофизарной системы почки всегда «знают», что происходит в организме и что нужно удалить из крови в данный момент, а что оставить для того, чтобы поддерживать «рабочую обстановку» в тканях. Почки — регулятор внутренней среды организма: они изменяют химический состав жидкостей тела, удаляя вещества, количество которых превышает текущие потребности, и сохраняют необходимые. Для этого почки постоянно прогоняют кровь через огромное количество фильтров. Изгоняя лишнюю воду из организма или сохраняя её при недостатке, они обеспечивают поддержание определённого объёма воды в жидкостях тела. Тем самым почки регулируют концентрацию многих веществ, влияющих на работу ферментов, синтез белка, образование гормонов, электрическую активность нервных клеток, мышечное сокращение, артериальное давление. Образование мочи Если почку разрезать вдоль, будет видно, что её выпуклый край образован веществом, в котором отчётливо просматриваются два слоя (рис. 40.2). Тёмный наружный слой — корковое вещество — разделяет более светлый внутренний слой — мозговое вещество — на отдельные 216 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме пирамидки. Каждая почка состоит из миллионов микроскопических фильтрующих элементов — нефронов. Каждый нефрон представляет собой каналец, один конец которого впадает в систему собирательных трубочек, несущих мочу в почечную лоханку. На другом конце нефрона находится двухслойная округлая чаша - почечная капсула, в которую входит приносящая артерия, распадающаяся здесь на множество капилляров, образующих внутри капсулы капиллярный клубочек (рис. 40.3). Далее капилляры собираются опять в выносящую артерию, диаметр которой в два раза меньше диаметра приносящей. Такое «несоответствие» создаёт высокое давление крови в капиллярах клубочка. Между стенками почечной капсулы давление более низкое, стенки капилляров и капсулы очень тонкие и пронизаны многочисленными порами. Кровь «продавливается» сквозь эти поры - и жидкость, получившаяся после этой фильтрации, поступает в полость между стенками 40.3. Почечная капсула (капсула Боумена- почечной капсулы. Эта жидкость Шумлянского) с капиллярным клубочком называется первичной мочой и Движение первичной мочи Капилляры Выносящая артерия Эпителиальные клетки клубочка § 40-41. «Умные» фильтры 217 очень напоминает по составу плазму крови, отличаясь лишь отсутствием клеток крови и молекул белков, которые остаются в капилляре. Клубочки отфильтровывают 170 л первичной мочи в сутки, но каждый из нас знает, что мочи из организма выводится гораздо меньше — примерно 1,5 л. Это значит, что первичная моча претерпевает большие изменения. Около 80% веществ — вся глюкоза, все аминокислоты, витамины и гормоны, около 85% хлористого натрия и воды — возвращается в кровь. Только после того, как необходимые организму вещества и вода из протекающей по канальцам первичной мочи вернутся в кровь, конечная или вторичная моча по собирательной трубочке поступает в почечную лоханку. В каждой почке организма человека насчитывается более миллиона нефронов, поэтому непрерывный процесс фильтрации очень эффективен. Через почечные фильтры вся кровь прогоняется 360 раз в сутки. Как происходит «разборка мусора» Теперь вернёмся к началу сортировки первичной мочи и рассмотрим её механизм. Полость между стенками почечной капсулы сообщается с системой фильтров-канальцев. Часть канальца, следующая за капсулой, сильно извита, что отражено в её названии - проксимальный извитой каналец. Все ка нальцы нефрона густо оплетены капиллярами, на которые вновь распадается выносящая артерия почечного клубочка. Около 2/3 воды и многие растворённые в ней вещества возвращаются обратно в кровь в проксимальных извитых канальцах. Итак, в жидкости внутри канальцев остались в основном ненужные и вредные для организма вещества, такие, как мочевина. Концентрация мочи стала равной плазме крови. Выводить такую мочу наружу расточительно - в ней слишком много воды, её надо ещё сконцентрировать. Этот процесс идёт благодаря активному транспорту: клетки, затрачивая энергию, перемещают необходимые организму вещества из просвета канальцев обратно в кровяное русло против направления увеличения их концентрации. Концентрация растворённых веществ в первичной моче падает, а в крови возрастает, и последняя оказывается более концентрированным раствором. Теперь без всяких затрат энергии вода устремляется в капилляры. Процесс концентрации мочи начинается в так называемой петле Генле (рис. 40.4). Извитой каналец выпрямляется и углубляется в мозговой слой почки, резко поворачивает на 180° и направляется опять в корковое вещество. Это и есть петля Генле. Механизм концентрации мочи в петле Генле называется противоточным концентрирующим механизмом. В очень упрощённом виде его можно представить следующим 40.4. Петля Генле 218 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме 40.5. Противоточный механизм образом. Нисходящая и восходящая части петли Генле очень тесно соседствуют друг с другом и оплетены капиллярами. Восходящий участок петли непроницаем для воды, но из него в межклеточную жидкость активно транспортируются соли. Их концентрация становится там очень высокой. Нисходящий участок, напротив, проницаем для воды, и, поскольку концентрация солей в ткани мозгового вещества велика, а вода следует за солями, она «вытягивается» из мочи и устремляется в межклеточное вещество, а затем в капилляры. Собирательные трубочки проходят к почечной лоханке между петлями Генле параллельно им через те же ткани. Благодаря высокой концентрации солей в межклетниках мозгового вещества моча, текущая по собирательным трубочкам, также становится всё более концентрированной. После того как каналец, образующий петлю Генле, поднимается до уровня клубочка своего же нефрона в корковом веществе, он опять становится извитым. Этот его участок называется дистальным извитым канальцем. Несколько таких канальцев впадают в трубочку, которая по своей функции и называется собирательной. В дистальном канальце системы активного транспорта «выбрасывают» из крови в мочу инородные вещества, например некоторые лекарства. Кроме того, в дистальном канальце и собирательной трубочке определяется, какое количество воды необходимо вывести из фильтрата и каков будет окончательный объём мочи. Сигнал вернуть в кровь больше воды, если организм обезвожен, поступает от гипофиза через вырабатываемый им антидиуретический гормон (АДГ). Под влиянием АДГ в дистальном канальце и собирательной трубочке повышается обратное всасывание воды из мочи, что приводит к повышению концентрации солей, мочевины и других растворённых веществ в моче. Так завершается процесс образования вторичной мочи. Накопитель - мочевой пузырь По мере образования моча непрерывно течёт из почечной лоханки в мочевой пузырь по узким каналам — мочеточникам. В их стенках есть слой гладко- 40.6. Дистальный извитой каналец и собирательная трубка § 40-41. «Умные» фильтры 219 мышечных клеток, и продвижение мочи ускоряется перистальтическими волнами. Место вхождения мочеточников в мочевой пузырь снабжено небольшими складками слизистой оболочки. Они, как клапаны, прикрывают устья мочеточников и предотвращают обратный ток мочи. Резервуар для мочи — мочевой пузырь — может довольно сильно растягиваться, накапливая её. Однако когда количество мочи в пузыре взрослого человека превышает 250-300 мл, рецепторы растяжения, находящиеся в его стенках, возбуждаются. Их нервные импульсы поступают в центральную нервную систему. В ответ мышцы стенок мочевого пузыря рефлекторно сокращаются, а круговые мышцы сфинктера, запирающие выход из пузыря, расслабляются, и моча покидает мочевой пузырь. Спинномозговые рефлексы находятся под контролем головного мозга, поэтому человек может некоторое время сознательно задерживать мочеиспускание. Заболевания почек В результате перенесённых заболеваний, скажем ангины, может возникать воспаление почек. Этому способствует резкое охлаждение тела, связанное, например, с тем, что человек не имел возможности, промокнув, переодеться в сухую одежду или переобуться. Болезнь проявляется в лёгком общем недомогании и небольших болях в поясничной области, отечности лица, тела, повышении артериального давления, уменьшении количества выделяемой мочи и изменении её состава. Почки страдают также при нарушениях обмена веществ. Примером является мочекаменная болезнь — образование солевых «камней» в лоханках, мочевом пузыре, которые царапают мочевыводящие пути и затрудняют отток мочи, способствуют развитию инфекции. Камни чаще всего состоят из малорастворимых солей кальция или мочевой кислоты, их образование связано с нарушением обмена этих веществ: повышенным выделением кальция, избыточным образованием мочевой кислоты в организме. Наиболее изученной причиной нарушения обмена кальция (основы большинства мочевых камней) является патология функции паращитовидных желёз. О чём говорит анализ мочи Поскольку почки «заботятся» о поддержании постоянства внутренней среды, анализ мочи может многое сказать врачу не только о состоянии самих почек, но и всего организма в целом. Анализ мочи используется для распознавания инфекционных заболеваний, функционального состояния почек, беременности. Поступающая в мочевой пузырь моча прозрачна, имеет соломенно-жёлтую окраску, слабокислую реакцию, содержит мочевину, мочевую кислоту, переработанные гормоны. 220 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Результат Цвет Соломенно-жёлтый Прозрачность Прозрачная Кислотность Слабокислая Белок Нет Глюкоза Нет Эритроциты Нет Лейкоциты Нет • Насторожит ли врача результат этого анализа мочи? Цвет мочи могут изменить некоторые лекарства или пигменты. Как вы помните, эти вещества активно «выбрасываются» из крови в мочу клетками почечных канальцев. Так что, если вы, к примеру, ели свёклу, не нужно пугаться красноватого цвета мочи. Моча здорового человека всегда прозрачна. Мутной она может стать из-за наличия бактерий, слизи, солей, что свидетельствует о нарушениях в работе почек. Белка в моче быть не должно, так как при нормальной работе почек «фильтр» почечного клубочка должен задерживать его. То же можно сказать и о глюкозе. Её выделение с мочой свидетельствует о серьёзных заболеваниях. Присутствие лейкоцитов в моче — главный признак воспаления почек и мочевыводящих путей. Если количество солей в моче (неорганического осадка) повышено, то речь может идти о склонности организма к камнеобразованию. Зная, обмен каких солей нарушен, можно предположить химический состав камня и порекомендовать больному соответствующую диету. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Основная функциональная единица почки - фильтрующий элемент нефрон. Первичная моча образуется в нефроне благодаря высокому давлению, создаваемому разницей диаметров приносящей и выносящей артерий. Питательные вещества возвращаются в кровь, а первичная моча концентрируется и превращается во вторичную, которая и выводится наружу. Основная функция почек - поддержание постоянства внутренней среды организма. Почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал, нефрон, почечная капсула, первичная моча, вторичная моча, мочекаменная болезнь ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какой элемент можно назвать основной функциональной единицей почки? 2. • Как устроен нефрон? 3. • Чем отличаются друг от друга первичная и вторичная моча? 4. • Сознательно или бессознательно регулируется в организме процесс мочеиспускания? 5. • Какие факторы повышают риск мочекаменной болезни? 6. • Из организма с мочой выделяется большое количество мочевины. Откуда она берётся и как попадает в почки? § 42. Судьба пищи в организме 221 § 42. Судьба пищи в организме ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Организм человека, как и организм любого живого существа, - открытая система, он непрерывно обменивается с окружающей средой веществами и энергией. Факт 2. Согласно законам физики, энергия не исчезает и не возникает вновь, а лишь переходит из одного вида в другой и в конце концов в конечную её форму - тепловую энергию. Факт 3. Живые существа получают энергию из окружающей среды в виде пищи и возвращают обратно равное количество энергии в виде тепла. Другими словами, вся энергия, с трудом добытая организмом в процессе обмена веществ, в конечном счёте превращается в тепло и тратится на внешнюю работу, если не запасается в виде химических соединений. • Что вас удивило? (Сравните энергию в веществе пищи и выделение тепловой энергии.) Какой вопрос возникает? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое обмен веществ? (5 класс) • Какие системы органов принимают участие в обмене веществ и какую роль в нём играют? (§ 2) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Две стороны одного обмена • Различается ли равновесие между энергетическим и пластическим обменом у младенца, подростка и взрослого? Попробуем проанализировать, на что тратит организм получаемые с пищей вещества и что происходит при этом в организме. Разложение сложных органических веществ на простые молекулярные блоки с выделением энергии называется энергетическим обменом. Выделившаяся энергия используется в процессах функционирования организма, его роста и развития. Избыток энергии запасается в молекулах АТФ. Важнейшей стороной жизнедеятельности организма является синтез сложных органических соединений, который называется пластическим-обменом. На первый взгляд кажется парадоксальным, что сложные соединения, получаемые с пищей, разлагаются организмом на простые для того, чтобы опять создать сложные. Но разлагаются «чужие» орга- 222 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме 42.1. Обмен веществ: А - пластический; Б - энергетический нические соединения пищи, а синтезируются свои «родные», на основе собственной наследственной информации. Очевидно, что пластический и энергетический обмен — две стороны одного процесса — обмена веществ (рис. 42.1). Они находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Преобладание пластических, «созидательных» процессов приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание энергетических, «разрушительных» — ведёт к частичному разрушению тканей. Состояние равновесного (или неравновесного) соотношения этих процессов зависит от физической и эмоциональной на грузки, возраста. В детстве организм растёт - и преобладает пластический обмен, у взрослых обычно соблюдается равновесие. Что происходит с поглощёнными веществами • Где происходит обмен веществ, полученных с пищей? Обмен веществ начинается с момента поступления питательных веществ в желудочно-кишечный тракт и воздуха в лёгкие. В пищеварительном тракте эти вещества разбираются на простые молекулы. Они вместе с кислородом доставляются кровью к тканям, в клетках которых происходят сложные химические реакции. В результате этих реакций образуются энергия, строительные материалы и другие необходимые для клеток вещества. Продукты распада уносятся кровью и выделяются в окружающую среду почками, лёгкими, потовыми железами и кишечником. Превращения углеводов, белков, жиров, минеральных веществ и воды происходят в тесном взаимодействии друг с другом. В обмене каждого вида веществ имеются свои особенности, а физиологическое значение их различно, поэтому обмен каждого из этих веществ принято рассматривать отдельно. § 42. Судьба пищи в организме 223 Сахара в составе пищи Пищеварительная простые сахара система Кровь гликоген ' глюкоза печень/ \ \ распад с 3 V- ^ выделением жирные энергии кислоты I________\ Кровь • С помощью текста и схем остальных рубрик объясните, что общего в обмене глюкозы, аминокислот и жиров? Преобразования глюкозы Простые сахара, всосавшиеся в кровь в пищеварительном тракте, поступают прямо в печень (рис. 42.2), которая играет одну из центральных ролей в обмене веществ. Её клетки преобразуют и распределяют вещества между другими органами. Простые сахара поступают в печень по воротной вене. Это единственный кровеносный сосуд в организме, в котором содержание сахара может очень сильно колебаться. Углеводы участвуют и в пластическом, и в энергетическом обмене. Они входят в состав клеточных мембран, межклеточного вещества большинства тканей, особенно соединительных (хрящей, сухожилий, кожи), и служат источником «быстрой» энергии. Основное вещество энергетического обмена — глюкоза — в клетках окисляется кислородом П:ревращен.ия глюкозы до углекислого газа и воды, в результате чего освобождается энергия, одна часть которой расходуется сразу, а другая - запасается в форме молекул АТФ. Углекислый газ выводится из организма лёгкими, а АТФ служит внутриклеточным переносчиком энергии от реакций энергетического обмена к процессам, связанным с потреблением энергии, -реакциям пластического обмена, движения, переноса веществ через мембрану. Вот почему в крови должен постоянно поддерживаться определённый уровень глюкозы — примерно 90 мг на 1 мл крови — и клетки печени препятствуют колебанию этого уровня, создавая «энергетический банк». Это особенно важно для нервной системы, клетки которой не способны запасать углеводы. Все остальные клетки могут накапливать некоторое количество глюкозы в виде гликогена. Но особенно велики эти запасы в клетках мышц и печени. Мышечные клетки используют гликоген при интенсивной физической работе, когда кровеносная систе- I распад с выделением энергии запасы жира Органы и ткани Жировые депо 224 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме ма не успевает снабжать мыш цы глю козой и кислородом. В этом случае разрушение глюкозы идёт без участия кислорода. Клетки печени накапливают гликоген в значительных количествах для поддержания постоянного уровня глюкозы в крови. Образование гликогена стимулируется гормоном - инсулином. В случае падения уровня сахара в крови гликоген под действием глюкагона расщепляется до глюкозы и останавливает этот процесс. В момент опасности, скажем, при стрессе или в условиях холода, когда организму срочно необходима энергия, разложение гликогена может запускаться адреналином. Когда запасы гликогена в печени истощаются, глюкоза может синтезироваться из аминокислот и глицерина, а в случае значительного избытка углеводов они пре вращаются в жиры и хранятся в подкожной клетчатке и сальниках. Но почему вся энергия не запасается в виде гораздо более калорийного жира? Энергетическая ценность запасов гликогена значительно ниже, чем жировых, а кроме того, гликоген откладывается в клетках со значительным количеством воды, что делает их примерно в 10 раз тяжелее жировых. Ответ прост: гликоген очень быстро мобилизуется для использования и может поставлять энергию в бескислородных условиях. А на долгий срок (про запас) энергия всё же запасается в виде более лёгкого и калорийного жира. Белки в составе пищи Кишечник аминокислоты Кровь Печень/ ,1 / белки печени мочевина глюкоза I Кровь t I белки крови белки: - строительные - ферменты Органы - гормоны и ткани 42.3. Превращения белков Наличием двух видов запаса энергии можно объяснить загадочное явление, знакомое людям, пытавшимся похудеть с помощью диеты. В первые несколько дней человек быстро теряет в весе, а затем этот процесс сильно замедляется, и вес может даже снова возрасти. Дело в том, что в начальный период похудения происходит распад гликогена и выделяется избыток воды, а спустя несколько дней запасы гликогена восстанавливаются даже несмотря на то, что потребление пищи ниже энергетических расходов организма, и организм переходит на использование жира, но вес уже не снижается так быстро. Процесс похудения не такой уж быстрый, поэтому стремящимся похудеть надо быть терпеливыми! Преобразования аминокислот Аминокислоты также поступают в печень. Организм не способен запасать аминокислоты, и те из § 42. Судьба пищи в организме 225 них, которые не могут быть использованы сразу для биосинтеза белка в клетках каких-либо органов, преобразуются в печени. Когда человек растёт, белок непрерывно синтезируется и включается в структуры тела. Однако у взрослого организма его количество остаётся более или менее постоянным на протяжении всей жизни. В связи с этим может показаться, что после достижения организмом определённых размеров белок ему уже не нужен. Это не так: недостаток белка ведет к серьёзным расстройствам. Белки тела все время разрушаются и синтезируются вновь. В течение 10 дней в организме человека обновляется примерно половина всех белков крови. Этот процесс идёт так же быстро во всех тканях, где уровень обмена веществ высок, например в печени и мышцах, а обновление белков соединитель ных тканей идёт гораздо медленнее. Всего у взрослого человека синтезируется и разрушается примерно 400 г белка в день, что значительно больше, чем суточная норма его потребления, которая составляет 100—150 г. Это значит, что наш экономный организм в процессе синтеза новых белков использует не только новые аминокислоты, но и те, которые образуются при распаде белка в организме. Преобразования жиров Жирные кислоты и глицерин поступают в эпителий ворсинок кишечника и вновь превращаются в жиры, которые направляются в лимфатические сосуды. Они обволакиваются специальными белками и в виде белково-жировых шариков вместе с лимфой через грудной лимфатический проток поступают в кровяное русло. Из крови жиры потребляются в основном клетками жировой ткани и печени. В жировой ткани они запасаются, а в печени их использование более разнообразно. Часть жиров служит основным источником энергии для клеток печени, а оставшиеся преобразуются в иные соединения, например в строительный материал мембран — фосфолипиды — или в желчные кислоты. 42.4. Превращения жиров 226 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Затраты энергии на метаболизм человека, находящегося в полном покое, включают дыхание, кровообращение, рост и регенерацию, производство половых продуктов, секреторную деятельность желёз, сохраняющуюся активность нервной системы, печени и т.д. При этом примерно половину энергетических затрат обусловливают печень и скелетная мускулатура. Напряжённая умственная работа почти не сказывается на метаболизме. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Печень - центральный орган обмена веществ. Именно в ней все полученные с пищей вещества проходят предварительную обработку. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Почему потребляемые с пищей сложные органические вещества организму необ- ходимо разлагать на простые молекулярные блоки? 2. • Как используются в организме углеводы, белки и жиры, полученные с пищей? 3. • Какова роль печени в обмене веществ? 4. • В теле- и радиорекламе различных биодобавок можно часто услышать, что пред- лагаемый препарат - натуральный продукт, принимающий участие в обмене веществ человека. Как вы считаете, означает ли это, что препарат безвреден? 5. • Почему организм не может напрямую использовать сложные органические веще- ства, полученные с пищей, для строительства своих тканей? 5^ 6. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 43. Движение и обмен веществ в организме. Повторение 227 § 43. Движение и обмен веществ в организме. Повторение Вопросы для повторения 1. • Что обеспечивает подвижность скелета человека? 2. • В чём преимущество внутреннего скелета человека по сравнению с внешним ске- летом многих животных? 3. • В чём смысл ограниченной подвижности суставов (сравните подвижность плечево- го сустава с коленным)? 4. • Какова роль кожи в работе других систем органов? 5. • Почему обмен веществ в клетках человека невозможен без многоклеточных систем органов? 6. • Почему активный образ жизни способствует укреплению всех систем органов, а не только опорно-двигательной? 7. • Почему для организма необходимо не только питание, но и дыхание? 8. • Почему мы едим 3-4 раза в день, а дышим каждую секунду? 9. • Почему выделительная функция организма необходима? Почему в организме невозможно «безотходное производство»? 10. • Какую роль играет скелет в процессе дыхания? 11. • Где в организме начинается и где заканчивается процесс питания? Какую роль в нём играет пищеварение? Какова функция других систем органов? 12. • Как разные системы органов участвуют в процессе движения? Что означают эти понятия? Опорно-двигательная система, осевой скелет, скелет конечностей, пояса конечностей. Кость, надкостница, хрящ, связки, сухожилия, суставы. Поперечно-полосатые мышцы, гладкие мышцы, антагонисты, синер-гисты, утомление. Осанка, вывих, растяжение связок, перелом. Эпидермис, дерма (собственно кожа), гиподерма (подкожная клетчатка), потовые железы, пот, сальные железы, волосяные луковицы. Лёгочное дыхание, клеточное дыхание, носовая полость, голосовые связки, трахея, бронхи. Лёгкие, альвеолы. Закаливание, искусственное дыхание. Пищеварительные железы, слюнные железы, молочные зубы, кариес. Перистальтика, желудочный сок. Пищеварительные железы - печень и поджелудочная железа, желчный пузырь, желчь. Аппендикс, кишечная (бактериальная) флора. Незаменимые аминокислоты, незаменимые жирные кислоты, пищевой рацион. Витамины, авитаминоз, макроэлементы, микроэлементы. Почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал, нефрон, почечная капсула, первичная моча, вторичная моча, мочекаменная болезнь. 228 Глава 3. Движение и обмен веществ в организме Жизненная задача 3 Название. Случай во время отдыха в летнем лагере. Ситуация. Ты с друзьями отдыхаешь в летнем лагере. Несмотря на то что воздух прогрелся более чем до 35 °С, вы решили поиграть в волейбол на тенистой полянке. Очень скоро многие почувствовали себя плохо, а одна девушка даже упала в обморок. Подоспевший доктор сказал, что в такую жару лучше двигаться поменьше, так как для предотвращения перегревания организма сосуды кожи сильно расширяются. Роль. Школьник, отдыхающий в летнем лагере. Результат. Принятие решения об оказании помощи девушке до прихода врача. Для этого важно понимать: что происходит с организмом при увеличении физической нагрузки в жару и почему это может привести к потере сознания. Продолжаем работать над проектом «Научился сам - научи младшего» Подробнее на с. 41. По мере изучения биологии в 8-м классе вы знакомитесь с правилами здорового образа жизни и опасностями, которые угрожают нашему здоровью. Продолжайте шаг за шагом по мере изучения учебника формулировать и иллюстрировать эти правила так, чтобы они были доступны для младших школьников, например для ваших младших братьев и сестёр. Для этого можно использовать изображения, пословицы, афоризмы из книг, журналов, Интернета, сочинять и рисовать самим. В конце года можно устроить конкурс самых лучших иллюстраций и лучших текстов о правилах здорового образа жизни. При возможности используйте для сбора информации и оформления работы компьютер. МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Сколько времени надо тратить на еду? Известно, что есть надо не торопясь. В жизни это не всегда удаётся. Например, утром хочется подольше поваляться в постели, а чтобы не опоздать в школу, есть приходится на бегу. Но бывает, когда собирается вся семья и все вместе не спеша ужинают или обедают в выходной день. Во время такой неспешной трапезы вы можете узнать, сколько времени проходит от момента, когда вы сели за стол, до момента, когда вы почувствовали удовлетворение и исчезновение чувства голода. Скорее всего, окажется, что даже после этого вы, как правило, продолжаете есть, особенно если пища вкусная. Чувство насыщения наступает, когда переваренная пища попадает в кровяное русло, разносится по телу и подаёт сигнал соответствующим рецепторам. Таким образом вы узнаете, сколько времени длится переваривание пищи. Попробуйте повторить этот опыт много раз. В одном случае постарайтесь употреблять больше мяса, в другом - овощей, в третьем - сладкого. В результате вы узнаете, что, например, мясо переваривается дольше варёных овощей, что для удовлетворения чувства голода сырых овощей надо больше, чем мяса. Сможете догадаться, почему сладкое перед едой, как говорит бабушка, портит аппетит. Важно, что у вас будут накапливаться количественные подтверждения этих закономерностей. § 43. Движение и обмен веществ в организме. Повторение 229 Чем же полезно полученное вами знание? Множество людей, особенно старших возрастов, страдают избыточным весом. Самой общей причиной этого недуга, за которым следует целый шлейф болезней, начиная от сахарного диабета, ишемической болезни сердца и кончая деформацией межпозвоночных дисков, является недостаток движения и физического труда. Но начинается этот недуг чаще всего с переедания, которого человек не замечает. Важной причиной переедания является дурная привычка есть на бегу В результате человек съедает много, но чувство голода не оставляет его, ибо питательные вещества ещё не успели попасть в кровь. Вот почему надо есть не спеша. Но если время поджимает, надо перестать есть чуть раньше наступления чувства насыщения. Уверяем вас, чувство сытости вскоре придёт. Выработав такую привычку, вы совершите важный шаг, чтобы уберечь себя от избыточного веса. Составьте таблицу полученных результатов, а на её основе - столбчатую диаграмму, отражающую скорость насыщения разной пищей. Обобщите результаты своего исследования и подготовьте выступление. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации. Учтите, что в своём сообщении вы должны: - сформулировать тему (что, о чём и для чего вы хотели узнать); - обратить внимание слушателей на используемые методы; - сформулировать выводы. 230 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Глава 4. «ПОСТОЯНСТВО ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ЕСТЬ УСЛОВИЕ СВОБОДНОЙ И НЕЗАВИСИМОЙ ЖИЗНИ» (К. Бернар) Изучая эту главу, вы научитесь: объяснять с точки зрения биологии, почему внутренняя среда так важна для организма и его воспроизводства в ряду поколений, какова роль органов чувств и высшей нервной деятельности в поддержании её постоянства. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - характеризовать внутреннюю среду организма и способы поддержания её постоянства (гомеостаза); - объяснять, как человек узнаёт о том, что происходит в окружающем мире, и какую роль в этом играет высшая нервная деятельность и органы чувств; - характеризовать особенности строения и функции репродуктивной системы; - объяснять биологический смысл размножения и причины естественной смерти; - характеризовать строение и функции органов размножения, элементарные сведе- ния об эмбриональном и постэмбриональном развитии человека. Использовать в быту элементарные знания основ медицины, чтобы формулировать правила здорового образа жизни и знать симптомы нарушения нормальной жизнедеятельности (болезней). Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - объяснять наблюдаемые процессы, проходящие в собственном организме. Оценивать поведение человека с точки зрения здорового образа жизни и действовать в соответствии с ними, чтобы как можно реже болеть. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - называть основные правила здорового образа жизни, факторы, сохраняющие и разрушающие здоровье; - применять свои знания для составления режима дня, правил поведения; - объяснять вред курения и употребления алкоголя, наркотиков; - соблюдать правила гигиены; - соблюдать режим труда и отдыха. Проверьте себя: • Как осуществляется взаимосвязь органов в организме человека? § 44-45. Постоянство превыше всего 231 § 44-45. Постоянство превыше всего ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Летом на солнцепёке нам жарко, а подует ветер, и становится холодно. Но даже при изменении температуры окружающей среды температура тела здоровых людей всегда составляет примерно 36,5 °С. Факт 2. Трудно найти двух людей, которые питались бы совершенно одинаково: одни любят мясные продукты, другие - фрукты и молоко. Однако, несмотря на пристрастия и разнообразные режимы питания, содержание сахара и многих других веществ в крови у всех здоровых людей оказывается практически одинаковым. • Что вас удивило? Предложите свой вариант основного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое гомеостаз? (Глава 2, вступление) • Какие системы органов поддерживают состав внутренней среды организма? (Глава 2) • Как взаимодействуют две основные руководящие системы организма? (§ 21) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков объясните: • Что общего в регуляции всех процессов в организме? • Почему одна из рубрик названа «Ода гипотоламусу»? Мир вокруг нас, наша среда обитания непрерывно меняются. Учитывая то, что организм человека — открытая система, он с удивительной эффективностью противостоит этим изменениям окружающей среды. Постоянство внутренней среды, обеспечивающее выживание, сохраняется благодаря множеству анатомических, физиологических, поведенческих механизмов и приспособлений, называемых гомеостазом, и достигается благодаря особенностям системы управления организмом. Отрицательная обратная связь - основа любой регуляции Представьте себе, что вам нужно испечь пирог. От более опытного кулинара вы знаете, что пирог получится вкусным, если температура в духовом шкафу будет во время выпекания постоянной: 200 0С. И вот вы то и дело посматриваете на термометр и, если температура опускается ниже 200 0С, увеличиваете нагрев духового шкафа, а если поднимается выше — уменьшаете. Глядя на термометр, вы получаете информацию о том, к чему привело ваше предыдущее действие, и, не задумываясь, регулируете температуру в духовке по принципу отрицательной обратной связи. Прямая связь - передача сигналов от органа-регулятора к 232 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» исполнительным органам, обратная — получение органом-регулятором информации о результатах выполнения его команды. Слово «отрицательный» означает, что отклонение значения параметра (в нашем примере - температуры) от заданного зна-44.1. Схема отрицательной обратной связи чения (200 °С) приводит К противодействию (увеличению или снижению подогрева). Отрицательная обратная связь обеспечивает устойчивость параметров. В условиях организма это поддержание постоянной температуры тела, давления, состава крови и т.д. Этот механизм действует на всех уровнях организации живого организма, начиная с регуляции скорости протекания биохимических реакций и заканчивая формированием сложных форм поведения. Регуляция уровня глюкозы 44.2. Уровень глюкозы в крови контролируется эндокринной системой с помощью целого каскада гормонов и двух петель отрицательной обратной связи § 44-45. Постоянство превыше всего 233 Ода гипоталамусу Задача систем органов, участвующих в гомеостазе, — препятствовать отклонениям от наиболее благоприятных для клеток условий, вызванных изменениями внешней и внутренней среды. Главную роль в регуляции механизмов гомеостаза играют конечно же нервная и эндокринная системы, работающие в тесном контакте друг с другом. Центральная структура в этом взаимодействии, главное звено многих цепей обратной связи — гипоталамус. Он получает информацию о событиях во внутренней среде организма. Окружённые сетью кровеносных сосудов, клетки гипоталамуса непрерывно проводят анализ крови, следят за концентрацией продуктов обмена веществ, гормонов в крови, её температурой. В других участках гипоталамуса лежат специальные центры, от которых зависят чувства голода и жажды, сон, а также поведенческие реакции. Он чутко улавливает сигналы о любых изменениях в окружающем мире и внутренней среде и на основании получаемой информации вместе с расположенным под ним гипофизом регулирует секрецию большинства гормонов и поддерживает постоянство состава крови и тканей. Многие системы органов безоговорочно подчиняются этому «диктатору». В его распоряжении не только «пульт управления» эндокринной системой и собственные регуляторы водно-солевого баланса, обмена веществ, но и через продолговатый и спинной мозг команды гипоталамуса передаются вегетативной нервной системе, которая регулирует сердечный ритм, кровяное давление, дыхание, тонус мышц и сосудов и т.д. Таким образом, гипоталамус можно назвать высшим органом сохранения постоянства внутренней среды. Регуляция артериального давления Симпатическая нервная система и адреналин вызывают резкое сокращение гладкой мускулатуры артерий внутренних органов, и уменьшение просвета этих 44.3. Сокращением мышц стенок сосудов управляет сосудодвигательный центр продолговатого мозга. Датчики давления и химического состава крови информируют сосудодвигательный центр о давлении в кровеносной системе и количестве кислорода и углекислого газа в крови. В зависимости от получаемой информации нейроны сосудодвигательного центра посылают команду о напряжении или расслаблении стенок артериол 234 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» сосудов при водит к подъ ему арте риально го давления. Но на сосуды головного мозга и скелетных мышц эти сигналы не оказывают никакого влияния. В связи с этим при эмоциональных и физических нагрузках общее артериальное давление значительно возрастает, кровоснабжение мозга и мышц улучшается — и это помогает нам преодолевать трудности. Артериальное давление и работа почек Почки очищают плазму крови от продуктов обмена веществ и избирательно удаляют избыточную воду и многие вещества, когда их концентрация нарушает постоянство внутренней среды организма. Концентрация солей всегда поддерживается на определённом уровне, поэтому при задержке солей в организме задерживается и вода, что, в свою очередь, приводит к чрезмерному увеличению объёма крови и повышению артериального давления. В предсердиях есть рецепторы, которые активируются в случае увеличения объёма крови. В ответ на это клетки, расположенные в стен ках самого предсердия, выделяют гормон, действующий на почечные канальцы и ускоряющий выведение солей. Относительную концентрацию солей в плазме регулируют и нейроны гипоталамуса: если концентрация превышает определённый уровень, крупные сосуды гипоталамуса выделяют антидиуретический гормон, который переходит из их аксонов прямо в венозную кровь задней доли гипофиза. С кровью антидиуретический гормон достигает клеток почечных канальцев и собирательных трубочек и снижает их проницаемость для воды, что приводит к задержке жидкости в организме и снижению концентрации солей в плазме крови. Для нормальной фильтрации жидкости в почечной капсуле и канальцах необходимо поддержание определённого уровня давления в почечных капиллярах. Повышение артериального давления приводит к повышению давления в капиллярах клубочка и увеличивает скорость клубочковой фильтрации. Количество выделяемой почками мочи возрастает, объём крови уменьшается, артериальное давление снижается. При снижении артериального давления идёт обратный процесс: скорость клубочковой фильтрации падает, количество мочи уменьшается, объём крови увеличивается, артериальное давление возрастает. Когда артериальное давление снижается очень сильно, например при большой потере крови, описанного механизма оказывается недостаточно. В этом случае активируются специальные клетки почек, выделяющие в кровь гормон ренин. Он запускает целую цепочку химических превращений, в результате которых образуется вещество ангиотензин, вызывающее сокращение мускулатуры сосудов, большое повышение кровяного давления и силь ную жажду. Регуляция работы почек Практически все гормоны, так или иначе управляющие обменом веществ, влияют на работу почек. Например, альдостерон сохраняет в крови ионы натрия и воду и увеличивает выведение ионов калия и водорода клетками почечных ка нальцев. Действие паратгормона приводит к повышению концентрации ионов кальция в плазме крови и активизации выведения фосфатов с мочой. Тироксин усили- § 44-45. Постоянство превыше всего 235 вает обменные процессы, в результате чего в моче возрастает количество азотистых веществ. Работой почек управляет и вегетативная нервная система. Раздражение симпатических нервов приводит к сохранению в крови натрия и воды, раздражение парасимпатических волокон, идущих в составе блуждающих нервов, — к выведению из организма органических кислот. Известно также, что при болевом раздражении, волнении, стрессе под влиянием вегетативной нервной системы резко уменьшается или вовсе прекращается мочеотделение. Но всё же влияние нервной системы на работу почек существенно меньше, чем многообразное влияние гормонов. Жажда Мы уже не раз говорили о том, что концентрация солей во внутренней среде организма должна быть постоянной, поэтому важно, чтобы количество воды в организме не зависело от внешних условий. Например, для человека весом 70 кг содержание воды в жару и на морозе отличается всего на 150 г в ту или иную сторону. Если содержание воды понизится на 350 г, то повысится концентрация солей в крови. Многочисленные рецепторы гипоталамуса, активирующиеся при повышении концентрации солей в крови и при утрате клетками воды, — чувствительный аппарат жажды. В организме наступает режим экономии воды: уменьшается количество слюны, высыхают слизистые оболочки рта. Возникает жажда. Терморегуляция Температура в жизни организма играет огромную роль. Многие процессы, например работа ферментов, возможны только в определённом температурном диапазоне. Для поддержания постоянной температуры тела необходимы высокая интенсивность обмена веществ и эффективные способы регуляции теплоотдачи с поверхности тела. Большой орган, находящийся в тесном непосредственном контакте с внешней средой и испытывающий на себе изменения её температуры, — кожа. Это основной орган терморегуляции организма. Потеря тепла кожей зависит от количества протекающей через неё крови. При слабом кровотоке температура кожи приближается к температуре окружающей среды, при сильном — к температуре внутренних областей тела. Механизмы терморегуляции активируются сигналами терморецепторов кожи и раздражением клеток центра терморегуляции, расположенного в гипоталамусе. Нервные центры, регулирующие температуру тела, находятся в передней части гипоталамуса. Импульсы нейронов от этих центров направляются к другим областям этой структуры, которые регулируют интенсивность образования и отдачи тепла. При паде- 236 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» 44.4. Схема терморегуляции нии температуры крови ниже нормальной возрастает интенсивность клеточного обмена веществ и в тканях образуется больше тепла. В то же время кровеносные сосуды кожи сжимаются, снижается передача тепла коже и уменьшается его излучение с её поверхности (рис. 44.4). Степень сокращения сосудов регулируется симпатическими сосудодвигательными нервами, идущими от сосудодвигательного центра головного мозга, который получает импульсы от гипоталамуса. Если принятые меры не приводят к достаточному повышению температуры, включается сложный механизм, который вызывает быстрое циклическое сокращение и расслабление некоторых мышц. Это состояние мы называем дрожью. При работе мышц выделяется много тепла, согревающего тело. Если же температура крови, поступающей в гипоталамус, оказывается выше нормальной, его сигналы вызывают расширение сосудов кожи. Согреваемая кровью кожа излучает тепло наружу, кроме того, кровь в большем количестве протекает через потовые железы и вызывает потоотделение. Пот образуется потовыми железами из тканевой жидкости. Этот процесс также регулируется нейронами гипоталамуса. У человека потоотделение начинается при небольшом повышении температуры тела, примерно при 36,7 оС. Испарение пота с поверхности кожи отнимает у организма очень много тепла. Благодаря таким механизмам температура тела сохраняется постоянной независимо от температуры внешней среды. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Механизм отрицательной обратной связи обеспечивает устойчивость параметров внутренней среды организма. Центральная структура гомеостаза - гипоталамус. Гомеостаз, отрицательная обратная связь § 44-45. Постоянство превыше всего 237 ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какова взаимосвязь между регулирующей и регулируемой системой организма? 2. • Какую роль играет гипоталамус в регуляции постоянства внутренней среды орга- низма? 3. • Приведите примеры регуляции любого процесса в организме. Покажите роль гипоталамуса и других управляющих систем в нём. 4. • Что такое отёк тканей? Опишите возможные механизмы его образования. 5. • Вы долго гуляете в морозный день. Ваши щёки сначала стали румяными, а затем побледнели. Объясните почему. 6. • Вернитесь к другим системам, регуляция работы которых рассмотрена раньше, и найдите там механизм обратной связи. 7. • В прогнозах погоды часто указывают температуру комфорта, то есть температуру воздуха по ощущению одетого по сезону человека. В случае ожидаемой ветреной погоды она отличается от предсказываемой абсолютной температуры воздуха. Почему? 8. • Поработайте в паре: пусть один называет какой-нибудь процесс в организме, а другой - механизм его регуляции. В случае успешного ответа поменяйтесь ролями. 238 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» § 46-47. Борьба с опасными «нахлебниками» ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Окружающий нас мир буквально кишит болезнетворными микроорганизмами: бактериями, вирусами, патогенными грибами и животными-паразитами. Факт 2. Они стремятся проникнуть из внешнего нестабильного мира в стабильную, богатую всем необходимым для их жизни внутреннюю среду нашего организма. • Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое гомеостаз? (Глава 2, вступление) • Какие системы органов поддерживают состав внутренней среды организма? (Глава 2) • Как взаимодействуют две основные руководящие системы организма? (§ 21) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков составьте таблицу, в которой отразите все описанные в параграфе виды иммунитета. Заполните следующие её строки: 1) вид иммунитета; 2) характерные черты и специфика действия каждого из видов иммунитета; 3) нацеленность на определённые болезнетворные микроорганизмы. Наша иммунная система — это боеспособная армия, обороняющая организм от злейших врагов — болезнетворных микроорганизмов. Мы не отдаём себе отчёта в том, насколько надёжно защищены от такой агрессии. Но ребёнок, родившийся с серьёзными нарушениями этой защиты, обречён на скорую гибель, если его не изолировать от внешнего мира. Что такое иммунитет Организм защищается от воздействий — вторжений болезнетворных микроорганизмов, чужеродных клеток, тканей, инородных тел и веществ — самыми различными способами. Из них складывается единый защитный механизм, называемый иммунитетом. Существует неспецифический и специфический иммунитет. Неспецифический иммунитет - врождённая реакция организма на «внешнюю агрессию» - обращён против всех агрессоров сразу, независимо от их размеров и происхождения. Это и барьерная функция кожи и слизистых оболочек, и выработка организмом бактерицидных веществ, и многое другое, о чём пойдёт речь ниже. Специфический иммунитет организма направлен сначала на распознавание захватчика, а затем его уничтожение специально для него выработанным механизмом. Этот механизм запоминается организмом и при повторном вторжении срабатывает вновь. § 46-47. Борьба с опасными «нахлебниками» 239 46.1. 2. Реснитчатый эпителий бронхов 46.1. Виды иммунитета Иммунитет может обеспечиваться специальными клетками, и тогда он называется клеточным, или вырабатываемыми клетками и растворёнными в крови, лимфе и тканевых жидкостях веществами — это гуморальный иммунитет. «Первая линия защиты» Оборона человеческого организма от внешних агрессий организована по всем правилам «военного искусства». В ней несколько линий. Первая и очень мощная линия неспецифического иммунитета. Кожа надёжно предохраняет наш организм от проникновения вредных микроорганизмов. Другие клетки, которые в той или иной степени соприкасаются с внешней средой, — клетки слизистых оболочек ротовой полости, внутренних поверхностей кишечного тракта, дыхательных, мочевых и половых путей — защищают наш организм иначе. Они выделяют слизь, задерживающую и смывающую частицы пыли, которые содержат множество микроорганизмов. У многих эпителиальных клеток есть ещё и реснички, которые удаляют эту слизь из организма (рис. 46.1). Слёзы и слюна не только смывают агрессоров с поверхности эпителия, но и содержат бактерицидные вещества. Во многих органах постоянно присутствуют дружественные нашему организму бактерии. Они вырабатывают ядовитые для вредных бактерий вещества или, конкурируя с ними за питательную среду, вытесняют непрошеных гостей. «Вторая линия защиты» Но остановить всех агрессоров «на пороге» просто невозможно — слишком привлекательна для них наша внутренняя среда. Вторая линия борьбы с ними находится в крови, тканевых жидкостях и лимфе. Это гуморальные средства защиты, о которых мы будем говорить дальше. Во многих клетках вырабатывается белок интерферон, образующийся после попадания в эти клетки мёртвых или живых вирусов. Он 240 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» обладает довольно широким противовирусным действием. Белки сыворотки крови активизируются микроорганизмами и, как в морском бою, атакуют их мембраны, проделывая в них отверстия. Это убивает микроорганизмы. Воспаление Исследование иммунитета началось с обнаружения клеток, пожирающих микробов. Они были открыты И.И. Мечниковым. Изучая клеточное строение прозрачных личинок морской звезды, учёный заметил, как подвижные клетки окружают шип розы, вставленный под кожу личинки. Он заключил, что эти клетки поглощают чужеродные объекты, попавшие в организм, и назвал клетки фагоцитами. Затем И.И. Мечников пришёл к выводу, что в организме человека роль фагоцитов играют лейкоциты. Исследования учёного привели к пониманию ещё одного механизма неспецифической защиты организма — воспалительной реакции, или воспаления. Если под кожу попала грязная заноза или колючка, лучше её сразу удалить и продезинфицировать поражённое место иодом или зелёнкой. Но мы не всегда вовремя замечаем занозу, а она никогда не бывает стерильной, и вместе с ней под кожу попадают опасные для нас микроорганизмы. В питательной внутренней среде они начинают быстро размножаться. Бывает и так, что вторжение извне не происходит, а ткани организма повреждаются из-за удара (синяк). В любом случае повреждённые ткани организма выделяют вещества, которые вызывают расширение сосудов, приток крови к повреждённому участку. Возникают характерные покраснение и повышение температуры. Проницаемость стенок сосудов возрастает, плазма крови начинает просачиваться в повреждённый участок, возникает отёк. Лейкоциты покидают сосуды (рис. 46.3), «протискиваясь» с помощью псевдоподий между эндотелиальными клетками сосудов. Они «поедают» бактерии и продукты распада тканей до тех пор, пока накопившиеся продукты распада не убивают их. Скопление тканевых клеток, бактерий и в особенности живых и погибших лейкоцитов образует густую жёлтую жидкость, называемую гноем. Кожа повреждённого участка становится тоньше и, наконец, прорывается. Заноза с гноем изгоняется наружу. Мы вновь встретились с уже знакомыми нам клетками крови — лейкоцитами. Они бывают разных типов, два из которых — макрофаги и нейтрофилы - способны к 46.3. Лейкоциты спешат к месту фагоцитозу и принимают участие в вос-воспаления палении. •/1 ^ с» Капилляры § 46-47. Борьба с опасными «нахлебниками» 241 46.4. Лимфоцит «Бойцы невидимого фронта» Несмотря на то что механизмы неспецифического иммунитета достаточно эффективны, микроорганизмы «умеют» преодолевать «первую линию защиты». И как это ни удивительно, но в эволюции была создана система защиты от каждого конкретного организма или от каждой чужеродной молекулы. Главные действующие лица этой «второй линии защиты» — специфического иммунитета — ещё один тип лейкоцитов — лимфоциты. Все лейкоциты развиваются из стволовых клеток красного костного мозга, дающих начало всем клеткам крови. Но те дочерние клетки, из которых впоследствии разовьются лимфоциты, быстро покидают костный мозг и переносятся кровью к органам, где они специализируются. Клетки, которые оседают в вилочковой железе — тимусе (рис. 46.5), превращаются в Т-лимфоциты. Под влиянием специальных гормонов Т-лимфоциты становятся «бойцами» клеточного специфического иммунитета. Их основная задача — найти и обезвредить агрессоров, вступив с ними в непосредственный контакт. Вилочковая железа, или тимус, расположена в грудной клетке под грудиной около передней стороны сердца. Он начинает свою работу в период внутриутробного развития, когда в него поступает наибольшее количество лимфоцитов. В дальнейшем количество лимфоцитов, поступающих в железу, становится всё меньше и меньше, и, когда человек достигает 15-18-летнего возраста, тимус начинает рассасываться и к старости превращается в жировую ткань. 46.5. Вилочковая железа Другие клетки, покинувшие ткань костного мозга, попадают в лимфатическую ткань тонкого кишечника, аппендикса или миндалин. Они также «проходят обучение» в этих органах, но получают иную «специальность», нежели Т-лимфоциты. Их называют В-лимфоцитами. Эти клетки — работники гуморального специфического иммунитета. В борьбу с врагом вступают не сами клетки, а вырабатываемые ими специальные защитные белки — антитела. Белки-рецепторы, расположенные на мембране лимфоцита, соответствуют только одному чужеродному агенту Как только клетка встретит «своего» недруга, её рецепторы свяжутся с ним - и клетка начнёт размножаться. В этом случае возникает целая армия одинаковых клеток, готовых бороться с определённым врагом. Как видите, «армии клонов» были созданы природой 242 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» задолго до появления этой идеи у авторов «звёздных войн». Но в нашем организме враг сам избирательно активирует те клетки, которые наиболее приспособлены к борьбе с ним. Вот почему этот вид иммунитета носит название специфического. Это целый арсенал оружия против врагов, со многими из которых мы можем и не встретиться в течение своей жизни. Гуморальный специфический иммунитет - подбор «ключа к замку» Си стема гуморального специ фи чес ко го иммунитета на чина ет свою работу с выработки лимфоцитами антител (рис. 46.6). Антитела вырабатываются в ответ на проникнове- Стволовая клетка В-лимфоцит © Антиген V © Т-лимфоцит Клетка памяти Плазматическая клетка > ч'^ ч УЧ>'ЧЧ ЧЧ t Антитела к данному антигену Многократное деление 46.6. Выработка антител ние в организм антигенов — чужеродных макромолекулярных веществ. Антигенами могут быть бактерии, вирусы, любые клетки и вещества с крупными молекулами, состав которых отличается от состава собственных клеток и веществ организма. Антиген проникает в кровь и встречается с В-лимфоцитами. Клетки, «настроенные» на этот антиген, блокируют его и начинают делиться. Вскоре возникают миллионы «клонов» плазматических клеток. Когда их накапливается достаточное количество, большинство из них перестаёт делиться и начинает вырабатывать огромное количество антител одного вида. Жизнь плазматических клеток коротка - всего несколько дней, но в это время они работают, как пулемёт: клетки могут синтезировать и выделять около 2 тыс. идентичных молекул антител в секунду. Эти антитела уже не связаны с клетками, а свободно перемещаются, циркулируют в крови, проникают в другие жидкости и ищут вторгшиеся в организм антигены. Когда антитела «узнают» антиген, вызвавший их появление, они образуют с ним комплекс антиген - антитело. Такой комплекс обезвреживает вирусы, бактериальные токсины и яды, блокируя их способность присоединяться к рецепторам на клетках-мишенях, и способствует ускоренному выведению их из организма. Антитела могут связываться с поверхностными молекулами мембраны микроорганизмов. В этом случае они служат метками для фагоцитов. Рецепторы мембраны фаго- § 46-47. Борьба с опасными «нахлебниками» 243 цитов постепенно «пристёгиваются» к меткам-антителам, как застёжка-липучка. Фагоцит обволакивает частицу, сливается по краям — и клетка начинает переваривать микроорганизм. Наш организм злопамятен. Не все В-лимфоциты, встретившие антиген, создают плазматические клетки. Некоторые из их дочерних клеток превращаются в клетки памяти. В отличие от плазматических они продолжают жить и после исчезновения антигена, сохраняя способность взаимодействовать с этим антигеном даже через много лет, если он появляется вновь. Тогда происходит массовый выброс антител, который нейтрализует антиген значительно быстрее, чем это происходило в первый раз. Это явление называется иммунологической памятью. О Бактерия-антиген > Антитела V /• Комплекс антиген-антитело / Обезвреженные бактерии Макрофаг опознаёт и захватывает антиген, «помеченный» антителом 46.7. Фагоцит и микроорганизм, «помеченный» антителами Клеточный специфический иммунитет В отличие от В-лимфоцитов Т-лимфоциты в тимусе получают отличные друг от друга свойства. Например, существуют Т-киллеры («убийцы») и Т-хелперы («помощники»). Т-лимфоциты взаимодействуют с антигеном лишь тогда, когда он сосредоточен на мембране клеток. Вирусы, попав в наш организм, почти сразу проникают в клетки, где они недоступны для антител. Единственный способ избавиться от них — убить заражённую клетку, которая немного меняет свою структуру, на поверхности её мембраны есть вирусные белки. Это помогает Т-килле-рам отличить больные клетки от здоровых, связаться с ними и убить. Т-хелперы, оправдывая своё название, помогают большинству лимфоцитов выполнить свою работу — способствуют активированию В-лимфоцитов и макрофагов. Огромная роль Т-хелперов в иммунитете стала особенно понятна после изучения механизма страшного заболевания, которое всем, безусловно, известно, — синдрома приобретённого иммунодефицита (СПИД). СПИД вызывается вирусом, который убивает Т-хелперы. Это приводит в негодность всю иммунную систему. Организм заболевшего поражают те микроорганизмы, которые редко инфицируют здоровых людей. От этих вторичных заболеваний больные СПИДом через 244 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» несколько лет после появления симптомов основной болезни и могут умереть. В- и Т-лимфоциты всё время путешествуют по крови, лимфоидным органам, лимфатическим сосудам. Как мы убедились, им необходимы встречи не только с врагом, но и друг с другом. «Свои» и «чужие» Система специфического иммунитета действует в организме, который собран из молекул, по строению часто очень похожих на чужеродные. Однако агрессивно система реагирует только на чужеродные молекулы, даже если их безграничное множество, и в то же время не атакует многочисленные макромолекулы, вырабатываемые клетками собственного организма. Как же эта замечательная система отличает «своё» от «чужого»? Оказывается, она «учится» этому ещё в период внутриутробной жизни организма. Если незрелый лимфоцит в это время встретит соответствующий ему антиген, он погибает. Поскольку с собственными макромолекулами лимфоциты сталкиваются постоянно, все те клетки, которые «настроены» против собственных молекул, погибают ещё до рождения ребёнка. Однако известно много случаев сбоя в работе иммунной системы, когда она принимает свои антигены за чужие и атакует их. Такие заболевания называются аутоиммунными. Они возникают, когда образуются антитела к «сво им» антигенам (так называемые аутоантитела), или развивается T-клеточный иммунный ответ на них, или включаются обе системы иммунитета вместе. Например, при рассеянном склерозе - хроническом аутоиммунном заболевании центральной нервной системы - образуются аутоантитела на миелин. Проведение нервных импульсов по повреждённым аксонам нарушается. Это может привести к разнообразным нарушениям, начиная с отклонений в речи (неразборчивости) и заканчивая параличом. Аллергия Иммунная система иногда по ошибке болезненно реагирует на обычные безобидные вещества, например пыльцу растений, и после повторных контактов с таким веществом могут возникать очень сильные негативные реакции. Они сопровождаются усилением кровотока в коже и слизистых, появлением зудящей сыпи, спазмом бронхов. Такое состояние называется аллергией. Вещество, провоцирующее аллергическую реакцию, называется аллергеном. Наиболее распространённые аллергены — это пыльца растений, мельчайшие кусочки кожи, перемещающиеся с пылью, некоторые пищевые продукты, а также продукты бытовой химии. § 46-47. Борьба с опасными «нахлебниками» 245 Виды иммунитета Человек никогда не болеет чумой собак: условия нашего организма не подходят для жизнедеятельности возбудителя этой болезни. Значит, мы обладаем видовым иммунитетом к такому заболеванию. Некоторые антитела ребёнок наследует от родителей и становится невосприимчивым к заболеванию, которым может болеть другой человек. Такой иммунитет называют врождённым. Например, местное население районов, в которых распространён клещевой энцефалит, невосприимчиво к данному заболеванию, в то время как приезжие очень часто заражаются этой болезнью. После перенесённого заболевания против возбудителей болезни вырабатывается иммунитет. Его называют приобретённым. Переболев корью, ветрянкой и многими другими заболеваниями, человек уже, как правило, не болеет ими повторно. Видовой, врождённый и приобретённый иммунитеты называют естественными. Чтобы уберечь человека от таких страшных заболеваний, как оспа, туберкулёз, полиомиелит, сибирская язва, дифтерия и многие другие, у него вырабатывают искусственный иммунитет. При создании искусственного пассивного иммунитета человеку вводят лечебную сыворотку, содержащую уже готовые антитела. Сыворотку готовят, многократно вводя лошади антиген, например дифтерийный токсин. Организм животного вырабатывает на него антитела. После этого у лошади берут кровь, освобождают её от форменных элементов, удаляют фибриноген. В полученной сыворотке крови содержатся антитела, выработанные в организме лошади. Сыворотку вводят заболевшему человеку для лечения или ещё не заболевшему, чтобы предупредить заболевание (для профилактики). Искусственный активный иммунитет создают, вводя в организм небольшое количество антигена в виде вакцины. Такой процесс называется вакцинацией, или иммунизацией. В организм вводят ослабленные или убитые микроорганизмы или выделенные из них макромолекулы, вызывающие иммунологическую реакцию на данные микроорганизмы. Человек не заболевает, но у него вырабатываются собственные антитела к этому антигену. При повторной встрече организма с этим возбудителем в крови уже присутствуют клетки памяти, поэтому клеточные и гуморальные иммунные реакции будут развиваться значительно быстрее, чем при первом контакте. После прививки человек чаще всего уже не болеет данной болезнью или, если болеет, то сравнительно легко. 246 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Иммунитет - способность организма защищаться от инородных вторжений. Неспецифический иммунитет обращён против всех «агрессоров» сразу. Специфический иммунитет организма направлен на распознавание захватчика, а затем его уничтожение специально для него выработанным механизмом. Главные действующие лица иммунитета - лимфоциты. Основные черты системы специфического иммунитета: способность отличать «свои» макромолекулы от «чужих» и длительно воспроизводить найденный способ борьбы с данным возбудителем. Иммунитет, неспецифический и специфический иммунитеты, клеточный и гуморальный иммунитеты, воспаление, антитела, аллергия, СПИД, вакцинация ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Чем отличаются друг от друга специфический и неспецифический иммунитет? 2. • Что останавливает возбудителя «на пороге» организма? 3. • Каковы средства борьбы с возбудителем, ворвавшимся в организм? 4. • Какую роль в защите от «агрессора» играют антитела? 5. • В чём заключается опасность СПИДа? 6. • В чём отличия сыворотки и вакцины? 7. • Воспаление - результат работы иммунной системы. Почему же его приходится лечить? 8. • Предложи гипотезу, объясняющую появление лимфоцита, способного вырабаты- вать антитела к новому антигену. 9. • Как проявляются болезни иммунной системы? 10. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 48. И вечный бой^ 247 § 48. И вечный бой^ ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Миша: Я абсолютно здоров и могу идти кататься на велосипеде. А небольшая температура просто от усталости. Петя: Я очень устал, у меня наверняка температура. Поэтому я не смогу сходить в магазин. • Чем отличаются высказывания ребят о своём самочувствии? Кто из них здоров, а кто - болен? Предложите свой вариант вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие способы укрепления здоровья вам известны? (Жизненный опыт, § 33) • Что такое болезнь? (Жизненный опыт) • Какие болезни вы знаете? (Жизненный опыт, 8 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Что такое болезнь? • Какой показатель состояния организма позволяет определить, болен ли человек? Ответ на этот вопрос человечество долго искало в действии мистических сил, насылающих кару за грехи. Но и в те далёкие времена были люди, умевшие наблюдать и анализировать факты. Они замечали, что вспышки одних болезней связаны с определённым временем года, другими чаще болеют дети, чем взрослые. В течение многих лет знания постепенно накапливались, становились совершеннее, учёные вооружались множеством приборов, важнейшим из которых стал микроскоп. Революцию в умах врачей совершила теория клеточной патологии одного из крупнейших учёных XIX века Рудольфа Вирхова. Учёный утверждал, что болезнь - проявление жизни, борьбы организма с нарушениями в его внутренней среде, а сущность всех болезней заключена в нарушении работы клеток. Мы уже знаем, что организм может нормально существовать, только если состав его внутренней среды колеблется в определённых, достаточно узких пределах. Количество разных агрессивных факторов (рис. 48.1), ежесекундно действующих на наш организм, огромно. Но организм умеет бороться с ними, и сопро- 4gj. Агрессивные факторы 248 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» тивление идёт непрерывно. Болезнь начинается тогда, когда действие агрессивных факторов прорывает «линию защиты» организма. «Тепличные условия» внутренней среды нарушаются — и нормальная работа клеток становится невозможна. В этом случае все силы организма направляются на борьбу за восстановление «покоя». Когда защитные реакции оказываются достаточно крепкими для того, чтобы восстановить показатели внутренней среды, наступает выздоровление. Тревожные симптомы • В чём смысл названия рубрики? Почему именно в ней описан стресс? Беспричинная усталость предвещает болезнь. Гиппократ Когда мама замечает, что ребёнок плохо ест, ослаб и потерял интерес к окружающим событиям, она начинает беспокоиться — а не заболел ли он? Это волнение обоснованно: первые признаки у многих заболеваний одинаковые — слабость, потеря аппетита, апатия, и только спустя некоторое время проявляются признаки, характерные для конкретной болезни. Первым в науке на это обратил внимание великий канадский учёный Ганс Селье. Оказалось, что подобные симптомы можно наблюдать не только перед началом болезни, но и в других случаях, требующих мобилизации внутренних ресурсов организма. Сильное повышение или понижение температуры, снижение количества кислорода в воздухе, голод или жажда, кровопотеря, физические усилия, травмы, инфекции, чрезмерная умственная нагрузка — все эти факторы грозят постоянству внутренней среды, и организм приступает к защите, ещё не распознав источник опасности. Активируется гипофиз и другие железы внутренней секреции, усиливается деятельность сердца, повышается артериальное давление, в целях экономии энергии снижается деятельность пищеварительной системы и подавляется аппетит. Такая реакция, повышающая общую сопротивляемость организма, называется адаптационным синдромом, или стрессом. Положительная сторона стресса состоит в том, что «на все случаи жизни» существует одна и та же реакция мобилизации всех сил организма, которая всегда рефлекторно включается в ответ на угрозу нарушения постоянства внутренней среды. Сопротивляемость организма увеличивается, и только потом включается специфический ответ на фактор, который был причиной возникновения стресса, — усиливается кроветворение при кровопотере, включаются иммунные реакции при инфекции, растёт содержание гемоглобина в эритроцитах при недостатке кислорода. Организм борется с инфекцией или «привыкает», адаптируется к изменениям во внешней среде. Стресс — замечательная защита, но она не может продолжаться долго и требует восстановления § 48. И вечный бой^ 249 сил. Если напряжение длительное, то организм может дорого заплатить за способность к мобилизации: внутренние ресурсы истощаются, защита организма ослабевает. Вот почему мы часто болеем после сильных волнений, переживаний. Стрессов нельзя избежать, а некоторые из них, такие, как умеренные физическая и умственная нагрузки, сильные положительные эмоции, даже поддерживают и повышают силы, иммунитет, сопротивляемость. Но чрезмерное напряжение, сильные и частые огорчения и разочарования, курение и злоупотребление алкоголем приводят к значительному снижению сопротивляемости и нередко заканчиваются болезнями. Борьба за жизнь • Есть ли слабое звено в вашем организме? Как вы его закаляете? Иногда стрессовой реакцией организма всё и ограничивается — температура держится недолго, а затем человек опять чувствует себя совсем здоровым. Но может случиться и так, что агрессивные «атаки» повреждающих факторов, вирусов, бактерий сильнее противодействия организма в данный момент. Начинается борьба — болезнь. Иногда достаточно однократного действия какого-то фактора для того, чтобы заболеть. Например, чтобы отравиться, достаточно один раз съесть что-то несвежее. А к возникновению таких заболеваний желудочно-кишечного тракта, как воспаление слизистой оболочки желудка (гастрит) или толстой кишки (колит), приводит длительное нарушение режима питания — еда всухомятку и не вовремя. Но и от этого не каждый человек заболеет. Восприимчивость человека к разным заболеваниям зависит от особенностей его организма. Как враг ищет слабо укреплённые участки в цитадели, так «агрессоры» ищут «слабое звено» в нашем организме. Некоторые люди склонны часто болеть простудными заболеваниями, другие — очень чувствительны к качеству пищи. «Слабое звено» организма определяется его наследственностью, особенностями строения, развития. «Мятежные клетки» • Какая особенность клеток приводит к их перерождению в раковые? Не всегда опасность грозит извне. Бывает так, что в самом организме возникает очаг агрессии. Клетки нашего организма трудятся «во благо общего дела, жертвуя своими интересами». Большинство из них очень специализированы, не могут делиться и строго «исполняют свою партию» в общем «хоре» клеток определённой ткани. Если какая-нибудь из клеток по какой-то причине самовольно изменит свою «партию», может возникнуть хаос. Именно «неповиновение» клетки общему закону приводит к такому страшному заболеванию, как рак. 250 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Размеры органов более или менее постоянны, а значит, постоянно и число клеток, составляющих ту или иную ткань этого органа. Умершие клетки восполняются за счёт тех отделов ткани, где клетки могут делиться. Обычно скорость деления этих клеток приблизительно соответствует скорости гибели клеток ткани. Вы помните, как клетки «строят» ткань. Они выделяют межклеточное вещество, состав и количество которого зависят от типа ткани. Клетки взаимодействуют с «соседями», и если последних мало, у клеток есть «площадь для жилья», а когда становится тесно, клетки перестают делиться. Но бывает так, что молодые клетки, вопреки правилам, начинают делиться быстрее, чем гибнут старые, невзирая на тесноту. В этом месте орган начинает разрастаться - образуется опухоль. Она растёт, но, если её клетки связаны только с клетками своей ткани и не стремятся внедриться в другие, эта опухоль неопасна, и её называют доброкачественной (рис. 48.2). Когда она начинает мешать, её удаляют хирургическим путём, и всё приходит в норму. Но иногда в хранительнице наследственной информации — молекуле ДНК одной из клеток - могут произойти небольшие изменения, последствия которых оказываются трагическими. «Общественное» поведение этой выбившейся из всего ряда клетки меняется коренным образом. Она утрачивает «чувство локтя», свойственное здоровым клеткам многоклеточного организма, не чувствует объёма ткани, в которой живёт, и всё время делится, «не обращая внимания» на тесноту. В результате появляются клетки с таким же «антиобщественным» поведением, что и первая. Они начинают «бороться за территорию» с клетками других тканей, внедряются между ними, начинают теснить. Так же как при развитии лимфоцитов, возникает «армия клонов», но в данном случае такая «армия» очень опасна для организма. Это злокачественная, или раковая, опухоль (рис. 48.3), рак. Раковые клетки более «независимы», чем здоровые, поэтому они могут отрываться от первичной опухоли и 48.2. Доброкачественная опу холь молочной железы 48.3. Злокачественная опухоль молочной железы § 48. И вечный бой^ 251 с током крови и лим фы раз носить ся по всему ор га низ му. И везде эти клетки внедряются в «чужие» ткани и начинают делиться, нарушая нормальную работу органа. А как же защитные силы организма? Они не способны защитить его от образования «захватчиков»? Безусловно, могут, и в большинстве случаев очень успешно. Опухолевые клетки появляются в организме довольно часто, значительно чаще, чем развиваются злокачественные опухоли, но иммунная система опознает их и благополучно уничтожает. Раковые опухоли развиваются тогда, когда защитные силы организма по каким-то причинам терпят поражение. Провоцировать появление опухолевых клеток способны некоторые вещества, называемые канцерогенными. Такие вещества содержатся, например, в табачном дыме и могут вызвать рак лёгких. Молекулу ДНК способны изменить и некоторые вирусы, но значительная часть опухолей развивается по неизвестным причинам. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Болезнь - отражение борьбы организма с факторами, нарушающими постоянство его внутренней среды. Защитные силы организма включаются ещё до того, как он «разберётся» в том, что является причиной опасности. Такая реакция называется стрессом. Некоторые зс|болевания, например рак, - следствие нарушений функций клеток в самом организме. Стресс, доброкачественная, злокачественная опухоль ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое болезнь? 2. • Почему перед тем, как заболеть, человек чувствует слабость, теряет аппетит? 3. • Почему стресс называют «болезнью современности»? 4. • Что такое злокачественная опухоль? 5. • Как вы понимаете афоризмы: «Умеренность - союзник природы и страж здоровья». (Абу-аль-Фарадж) «Надежда выздороветь - половина выздоровления». (Вольтер) 6. • Если человек страдает каким-то серьёзным заболеванием, то, как правило, у него обнаруживаются и другие, хотя и более лёгкие болезни. Как вы думаете почему? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 8. • Стараетесь ли вы избегать стрессов всеми возможными способами или нет? Поясните свою мысль. 252 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» § 49. Рефлекс - простой элемент сложного поведения ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Две лабораторные крысы разговаривают в клетке: - Знаешь ли ты, дорогая, что такое условный рефлекс? - Нет. - Вот сейчас я нажму на эту педаль, и тот истукан в белом халате даст мне поесть! • Какому биологическому явлению посвящена эта шутка? В чём её смысл? Предложите свой вариант вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие отделы мозга управляют работой внутренних органов? (§ 17-18) • Что такое рефлекс? (§ 16) • Как устроена рефлекторная дуга? (§ 16) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ В середине XIX века великий русский учёный И.М. Сеченов пришёл к мысли о том, что «^все акты сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения суть рефлексы», то есть именно рефлексы лежат в основе как регуляции внутренних процессов, так и поведения животных и человека. Правильность заключения И.М. Сеченова подтвердили эксперименты другого замечательного русского исследователя — И.П. Павлова. Он выделил две большие группы рефлексов — безусловные и условные. Основа поведения - безусловные рефлексы и инстинкты • Приведите другие примеры безусловных рефлексов и инстинктов. Вы знаете, что в ответ на некоторые факты и события наш организм реагирует незамедлительно, независимо от нашего сознания и желания. Сев на кнопку, вы подскочите, даже если находитесь на приёме у английской королевы, и ваше поведение наверняка сочтут неприличным. Такого рода раздражители и вызванные ими рефлексы И.П. Павлов назвал безусловными. Их нейронные дуги формируются ещё до рождения, и им не нужно обучаться, а сигналом для запуска безусловного рефлекса служит воздействие определённых раздражителей на рецепторы. Совершенствуясь в течение миллионов лет, эти рефлексы приобрели удивительную целесообразность. Благодаря им мы появляемся на свет с богатым набором «готовых ответов» на требования привычной для нас среды, и рефлексы верно служат нам ещё до того, как мы § 49. Рефлекс - простой элемент сложного поведения 253 49.1. Хищные инстинкты в игре котят чему-то научимся. Постоянство внутренней среды также поддерживают безусловные рефлексы. Каждому виду животных присущи свои безусловные рефлексы. Они составляют основу врождённых форм поведения. Если безусловные рефлексы образуют цепочку, в которой конечный результат действия одного рефлекса служит сигналом для запуска следующего, они могут служить основой достаточно сложных форм поведения — инстинктов. Наблюдая за тем, как разные кошки играют с бумажным бантиком, мы обнаружим очень много сходного в их поведении. Котёнок, никогда не видевший добычи, выполняет те же действия, что и взрослая кошка, поймавшая в своей жизни немало мышей. Его поведением руководят инстинкты, передающиеся от родителей к потомству из поколения в поколение. Некоторые из них проявляются не сразу после рождения или действуют в определённый и часто короткий период развития организма. Так, новорождённый ребёнок хватает и крепко сжимает любой предмет, который касается его ладони, но проходит время, и этот инстинкт угасает. А родительские инстинкты, хотя и пробуждаются уже у взрослого человека, заложены в нём от рождения. Основа обучения - условные рефлексы • Приведите другие примеры условных рефлексов. Как они связаны с безусловными? Опыт предков, проявляющийся через безусловные рефлексы, в нашем непостоянном мире оказывается недостаточным. В основе приобретённого поведения, или, проще говоря, опыта, лежат условные рефлексы. В самом начале XX века И.П. Павлов обратил внимание на то, что у собак, которые содержались в его лаборатории, во время кормления слюна начинает выделяться не при виде или запахе пищи, как бывает при обычном безусловном рефлексе, а как только собаки услышат звук шагов человека, несущего им еду. Учёный решил выяснить, как возникла такая зависимость. Перед кормлением одной из собак стали звонить в колокольчик (рис. 49.2), и вскоре слюна у животного начала выделяться при звоне колокольчика, то есть этот звук стал для неё сигналом к приёму пищи. Так Павлов доказал, что врождённый безусловный рефлекс можно изменить с помощью обучения и сформировать новый рефлекс. Такие раздражители и вызванные ими рефлексы учёный назвал условными, или приобретёнными. Выработка условного рефлекса происходит тогда, когда сигнал, вызывающий в естественных условиях определённую реакцию (например, приём пищи), несколько раз сочетается с каким-нибудь другим, ранее бессмысленным сигналом 254 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» 49.2. Условный рефлекс на звонок у собаки • Почему собака ждёт еду? 49.3. Условный рефлекс на звонок у человека • Подумайте, какие условные рефлексы связаны у вас со школьным звонком. (например, звонком), и новый сигнал начинает вызывать ту же реакцию. Для образования условной связи важно, чтобы оба сигнала поначалу были почти одновременными. Мы часто сталкиваемся в жизни с проявлением условных рефлексов. Например, запах мандаринов у многих вызывает приятные воспоминания о новогоднем празднике, а звук, похожий на жужжание бормашины дантиста, напоминает о неприятных ощущениях при лечении зубов. В то время как безусловные рефлексы основаны на сформированных и закреплённых до рождения животного связях в рефлекторной дуге, в условных рефлексах связи в цепи нейронов между рецепторами и исполнительными органами формируются в процессе обучения. Условные рефлексы приобретаются в течение всей жизни и строго индивидуальны. Они различны у разных людей, даже у однояйцевых близнецов. Торможение условных рефлексов • Приведите другие примеры торможения условных рефлексов. Каково их приспособительное значение? Если вы долго жили в одном и том же месте, а затем по какой-то причине изменили место жительства, может случиться так, что однажды, задумавшись, возвратитесь из школы домой к своему прежнему дому. Сработал условный рефлекс. Но обстоятельства вашей жизни изменились — что же, вы так и будете время от времени путать адрес? Нет, вскоре вы станете безошибочно возвращаться к новому дому. Что же произошло? Прежний условный рефлекс затормозился, угас. Это про- § 49. Рефлекс - простой элемент сложного поведения 255 49.4. Некоторые люди боятся ездить в метро после того, как во время аварии провели длительное время в вагоне поезда в тоннеле: у них возник условный рефлекс исходит в тех случаях, когда условный раздражитель перестаёт подкрепляться безусловным. Знакомый нам условный рефлекс выделения слюны у собаки на звонок может угаснуть, если в течение некоторого времени его не подкреплять безусловным раздражителем -пищей. При первом звонке, не подкреплённом пищей, слюна будет выделяться. Затем слюны на звонок будет выделяться всё меньше и меньше, а впоследствии слюноотделение и вовсе прекратится - произойдёт торможение рефлекса. Иногда условные рефлексы тормозятся сразу под влиянием нового, более значимого раздражителя, например, испугавшего вас. Новый раздражитель грозит вам опасностью, а следовательно, его значимость для организма важнее. База данных - память • Приведите случай из жизни, в котором важную роль играла память. Объясните ситуацию, используя понятия «кратковременная память» и «долговременная память». Благодаря рефлекторным механизмам организм может обучиться и получить личный опыт, без которого было бы практически невозможно планировать действия и избегать ошибок. Но выработать рефлексы нельзя без помощи памяти — закрепления, хранения и последующего многократного воспроизведения информации, получаемой организмом. В памяти хранится огромный объём информации. Любые события, которые происходят с человеком или которые он просто наблюдает как зритель, оставляют памятные следы. Но хранятся они в течение разного по продолжительности времени. Например, мы не запоминаем те номера телефонов, которыми пользуемся от случая к случаю, набираем их и тут же забываем. Такая память называется кратковременной. 49.5. Мозг - это своего рода компьютер 256 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Кратковременная память играет большую роль в жизни человека. С её помощью перерабатывается самый значительный объём информации, сразу отсеивается ненужная и остаётся та, которая может быть полезной. Иначе говоря, кратковременная память играет роль фильтра, который пропускает нужную, уже отобранную для долгого хранения информацию. Благодаря этому не происходит информационной перегрузки другой памяти - долговременной. В ней откладывается только информация, прошедшая через кратковременную память. Например, номера телефонов дорогих нам людей мы обычно помним наизусть, тогда как многие другие забываем сразу. Важная для нас информация может сохраняться в долговременной памяти годами и даже всю жизнь. Практически всё, чему нас научили в раннем детстве, мы прочно запоминаем. Нельзя разучиться ездить на велосипеде, читать, если с памятью всё в порядке. Человек запоминает не отрывочные сведения, а целые образы. Эмоционально окрашенные события запоминаются гораздо лучше, чем нейтральные. Мы всю жизнь помним радостные и печальные события, часто в мельчайших подробностях. Долговременная память обычно начинает работать не сразу после того, как человек воспринял и осознал что-то конкретное, что с ним произошло, а спустя некоторое время. Что способствует запоминанию? В первую очередь необходимо желание, «установка» на запоминание. Большую роль также играет повторение материала, причём не механическое, а с выстраиванием логических цепочек и осознанием смысла того, что вы заучиваете. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Основу поведения многих животных и человека составляют безусловные и условные рефлексы, инстинкты. Безусловный и условный рефлексы, инстинкт, память ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое безусловный рефлекс и инстинкт? 2. • Чем условные рефлексы отличаются от безусловных? 3. • Приведите примеры использования человеком в своих нуждах условных рефлексов животных. 4. • Какие безусловные рефлексы участвуют в поддержании постоянства внутренней среды в организме? 5. • Белка запасает орехи на зиму Это условный или безусловный рефлекс? Обоснуйте почему 6. • Вы просыпаетесь от звона будильника и, не открывая глаз, протягиваете руку и выключаете его. Такое движение - результат условного рефлекса или безусловного? Почему? § 49. Рефлекс - простой элемент сложного поведения 257 м о 7. • Поработайте в паре: объясняйте случаи из жизни, используя понятия из данного параграфа. Пусть один приводит примеры и объяснения из жизни людей, а второй - из жизни животных. Как вы считаете, можно ли свести всё поведение человека к набору рефлексов? • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Проверка своей зрительной памяти Рассмотрите таблицу 1 в течение 30 сек., стараясь запомнить как можно больше картинок. Закройте её листом бумаги. Выберите из таблицы 2 те картинки, которые вы видели на таблице 1. Откройте таблицу 1 и проверьте, правильно ли вы узнали картинки. Если вы правильно запомнили все 9 картинок - у вас очень хорошая зрительная память, а если 1-3 - вам необходимо тренировать её. Попытайтесь проанализировать, что вам помогло запомнить картинки и узнать их. Таблица 1 М Ч % Таблица 2 ! % W А Ф Л ¥ Обобщите результаты всего класса. Сравните память у лиц мужского и женского пола. Подготовьте доклад, посвящённый своим наблюдениям. Сформулируйте в нём цели работы, используемые методы, выводы. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации. 8 258 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» § 50. Что делает человека человеком ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Часто говорят: «Человек человеком не родится, а становится». Факт 2. Речь вывела человека из животного царства. • О чём свидетельствуют эти факты? Как они позволяют ответить на вопрос, ставший заголовком этого параграфа? Предложите свой вариант главного вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • В чём сходство человека с животными, а в чём отличие? (§1) • Какова роль рефлексов в поведении человека? (§ 16) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Мышление - главное свойство человека • Попробуйте привести другой пример проявления мышления (по аналогии с примером о весне). Утром, услышав характерный звук капели, вы подходите к окну и видите яркое солнце, голубое небо, тающий снег. «Вот и весна пришла», — думаете вы. За этим простым умозаключением стоит сложная работа мозга — анализ увиденного, сопоставление со знанием, что день становится длиннее, идёт март, а значит, увиденная вами картина — предвестник весны, а не кратковременная оттепель среди зимы. Такая способность применять уже имеющиеся навыки и знания в новых условиях, решать логические задачи, анализировать информацию, сопоставлять с уже известными фактами и делать выводы, обычно гораздо более сложные, называется мышлением. Пример последовательности мыслительных действий при распознавании образа (весенний день) Весенний день Анализ - разложение целого на элементы: капель, яркое солнце, голубое небо, тающий снег, высокие сугробы, длинный день. Сравнение - все признаки встречаются в разные сезоны года, но только порознь. Абстрагирование - отвлечение от второстепенных деталей: высокие сугробы остались от зимних снегопадов. Синтез - объединение частей в одно целое: так бывает весной. Обобщение - общий вывод: пришла весна. § 50. Что делает человека человеком 259 Мы думаем с помощью образов, описываемых словами, то есть в значительной степени наше мышление опирается на речь. Речь - отличительная черта человека • Что отличает речь от всех других форм общения? Какой опыт животное может передать своему потомку, а какой - нет? Высшие животные тоже обучают своих детей. Взрослая лиса может показать лисёнку, как поймать зайчонка на охоте. Но, если зайцев в лесу нет, лиса не сможет передать лисятам своё умение их ловить. В отличие от животных человек может благодаря речи вызвать у слушателя образ или воссоздать событие, свидетелем которого он не был. С рождения человек начинает знакомиться со словами. Сначала слова — просто звуковые обозначения предметов и людей, непосредственно окружающих ребёнка, - названия вещей, частей тела, имена. Со временем мышление и речь ребёнка усложняются, развивается способность к обобщению. Слово «кукла» уже обозначает не конкретную игрушку, а куклу вообще. Для обозначения же конкретной игрушки ребёнок начинает употреблять дополнительные слова: большая кукла, новая кукла. • Какие мыслительные действия помогли вам понять, что на рисунке изображена маленькая собачка? 50.1. Обобщение (индукция): движение мысли от единичного (частного) к общему • Придумайте примеры обобщений. 260 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» • Какую роль сыграла книга в развитии человечества? По мере обогащения жизненного опыта смысл слов расширяется и углубляется. Обобщая всё большее количество сигналов и отвлекаясь от их сиюминутного значения, слово делает заключённое в нём понятие более абстрактным, охватывающим широкий круг явлений, и даёт нам возможность мыслить. Язык позволяет, не обращаясь к непосредственным предметам и явлениям, получать новые знания. Нам необязательно ехать на Камчатку, чтобы побольше узнать о вулканах, об этом можно прочитать в книге. Мы пользуемся словами и для того, чтобы классифицировать предметы или события. Слово связывает их с аналогичными предметами или явлениями и позволяет поместить в соответствующую ячейку памяти. Вам, наверное, не раз приходилось слышать от ваших учителей, что для того, чтобы запомнить какой-то текст, нужно его понять, то есть связать его смысл с известными вам образами, тогда он сам найдёт место на «полках» вашей памяти. Понаблюдайте обязательно за собой во время уборки вашей комнаты. Сначала вы складываете книжки к книжкам, одежду к одежде, а затем находите место этим предметам на полках ваших шкафов. И далее вы уже точно знаете, где можно найти определённую вещь, это значительно легче, чем в беспорядке. Точно так же с помощью языка нам значительно легче «навести порядок» в известных нам понятиях и воспоминаниях, а следовательно, и запомнить мы сможем больше и воспользоваться этими знаниями проще. Следовательно, наше мышление тесно связано с использованием речи. Устная речь обеспечивает непосредственное общение людей, письменная — даёт возможность накапливать знания, мысленная — позволяет думать и творить. Слово приобретает огромное значение в процессе обучения ребёнка, его речевого общения со взрослыми. Известны случаи, когда дети воспитывались животными, и после возвращения к людям они уже не могли освоить речь. Сознание - способность человека к воспроизведению действительности в мышлении • Как сознание спасло разум Робинзона Крузо за 27 лет жизни на необитаемом острове? Сознание — это способность отдавать себе отчёт в своих поступках и чувствах. Слово «сознание» мы употребляем, когда речь идёт о здоро- § 50. Что делает человека человеком 261 вье: «он пришел в сознание» — о человеке, вышедшем из наркоза после операции. Сознание — это главный признак нашего существования, понимание нашей умственной и физической деятельности. В осмысленной деятельности мы не можем обойтись без информации от органов чувств, которая оценивается и сопоставляется с той, что хранится в памяти благодаря работе множества клеток мозга. Да и потеря сознания всегда связана с какими-то «поломками» в организме, нарушающими нормальную работу мозга. Выходит, что «оторвать» сознание от работы мозга невозможно. Ритмы мозга • Что такое «биологические часы»? Вся наша жизнь, работа практически всех органов и систем подчинена ритмам - смене дня и ночи, времён года, лунному циклу и многим другим. Ритмы сохраняются даже в условиях, когда действие внешних факторов на организм сильно ослаблено - в подземных пещерах, где всё время постоянная температура, влажность, нет смены дня и ночи. Видимо, ритмы обусловлены не внешними влияниями, а внутренними причинами. Это явление получило название «биологических часов». У человека известно более ста таких циклических процессов (например, изменение температуры тела и интенсивности выделения гормонов в течение суток), но ближе всего мы знакомы с процессом циклической смены сна и бодрствования. Сон • Зачем мы спим? Что такое сон? Это — состояние глубокого покоя и отдыха, при котором резко ослабляется самоконтроль. Мы знаем, что в то время, как бодрствующий человек активно отвечает на воздействия внешней среды, во сне эта связь теряет силу, организм в значительной степени обездвижен и почти не реагирует на внешние события. Значит ли это, что мозг бездействует во время сна? Так как нейроны мозга «общаются» друг с другом с помощью электрических импульсов, можно с помощью специального прибора записать общую электрическую активность клеток мозга («хор» нейронов), прикрепив к коже головы небольшие электроды. Такая запись называется электроэнцефалограммой (рис. 50.2). Она показывает, что сон — не перерыв в деятельности мозга, а другая, циклическая форма его активности. 50.2. Электроэнцефалограмма vWI/VW'^WWVM/WWlrt/V'^^ /V\y\T\r^ ^ 1 сек ^ Во время сна несколько разных типов активности мозга циклически сменяют друг друга. 262 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Всем хо ро шо из ве ст но, как вы сока би ологичес кая потребность человека во сне. Если мы не выспались, снижается скорость реакции на внешние события, путаются мысли. Очевидно, что сон необходим для восстановления сил, «приведения организма в порядок» после нагрузок. Но ответа на вопрос, как это происходит, к сожалению, пока не существует. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Человек отличается от животных хорошо развитыми мыслительными способностями, речью. Мышление, речь, сознание ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что позволяет предвидеть будущее? Способны ли к этому животные? 2. • Что играет главную роль в развитии речи ребёнка? 3. • Как речь меняет характер обучения? 4. • Как сознание делает меня собеседником для самого себя? 5. • В чём заключается благотворная роль сна? 6. • Как связаны между собой мышление и речь? 7. • Какова роль речи в развитии цивилизации? 8. • Приведите примеры сознательных и бессознательных действий человека. 9. • Как сознание позволяет за одну жизнь прожить десятки, сотни и тысячи жизней? Не с этим ли связан быстрый прогресс человеческого общества по сравнению с эволюцией животных? 10. • Все мировые религии призывают к чистоте помыслов. Какой смысл в этом? 11. • Поработайте в паре: пусть один из вас приводит случай с животным, а другой - аналогичный случай более сложного поведения человека, в котором важную роль играют мышление и речь. § 51. Чем мы видим, слышим и чувствуем на самом деле 263 § 51. Чем мы видим, слышим и чувствуем на самом деле ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА А^рсу Узала: Есть такие люди - глаза есть, а посмотри нету. Биолог: Мы смотрим глазами и слушаем ушами, но видим и слышим мозгами. • Чему посвящены эти высказывания? В чём их парадоксальность? Предложите свой вариант главного вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Для чего нужна система «датчиков» в организме? (Жизненный опыт, 7 класс) • Куда поступают сведения об изменениях во внутренней среде организма? (§ 44-45) • Какие органы чувств вам известны? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Качество нашей жизни зависит от того, как мы представляем себе мир, в котором живём, и насколько успешно действуем, насколько точно осуществляется связь наших ощущений с движением. Мы уже говорили о системе «датчиков», которые сообщают мозгу об изменениях во внутренней среде организма, напряжении мышц и положении суставов. Для получения информации о том, что происходит во внешней среде, у нас есть органы чувств. Все знают пять основных чувств: зрение, слух, осязание, обоняние, вкус. На самом деле мы воспринимаем ещё и многие другие виды информации, например, о силе тяготения, болевых и других воздействиях, так что можно сказать, что у нас есть не только «шестое чувство», но и седьмое, и даже десятое. Что такое органы чувств? • Где внешние воздействия превращаются в нервные импульсы? Каждый орган чувств — это рецепторы, воспринимающие сигнал и многочисленные вспомогательные «приспособления», которые обеспечивают создание хороших условий для его приёма. Сигнал или раздражитель - это физический фактор окружающей среды: свет, звук, давление, предмет или вещество. Рецепторы «кодируют» информацию о раздражителе в виде нервных импульсов и передают в нервные центры. Каждый орган чувств настроен на приём только одного типа сигналов и приспособлен для этого наилучшим образом. Например, орган слуха приспособлен к приёму звуковых колебаний. Его рецепторы расположены во внутреннем ухе, а ушная раковина, барабанная перепонка, 264 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» 51.1. Строение органа слуха слуховые косточки служат для того, чтобы уловить, усилить звук и передать его рецепторам (рис. 51.1). Нужно отметить, что рецепторы органов чувств не всегда реагируют только на специфический для них раздражитель. Большинство рецепторов возбуждаются при резких толчках (например, при сильных ударах по голове «искры из глаз сыплются и в ушах звенит») или изменении химического состава окружающей среды, скажем, при недостатке кислорода. Большое знание из «скудных» сведений • Откуда мы знаем, на что мы смотрим и что слышим? Но что нам необходимо знать об окружающих предметах? В первую очередь не представляют ли они опасности, съедобны ли они. Некоторые органы чувств прямо передают биологически значимую информацию, например, при прикосновении к предмету мы сразу узнаём, тёплый он или холодный, твёрдый или мягкий. Есть такая игра: в непрозрачный мешочек опускают какую-нибудь вещь и предлагают игрокам ощупать её и отгадать, что это такое. Иногда это бывает очень непросто, однако почти всегда кому-нибудь удаётся догадаться, что находится в мешочке. Оказывается, используя сведения только о физических свойствах объекта — температуре, гладкости поверхности и т.п., мы способны узнать о предмете очень многое, воссоздать его образ и угадать, что он собой представляет. Все это возможно благодаря богатому жизненному опыту человека, хранящемуся в его памяти. Рецепторы органов чувств собирают информацию о присутствии и распределении в пространстве освещения, давления, химических веществ, но благодаря обработке мозгом этой информации, памяти и опыту мы можем узнавать различные предметы, животных, людей. Выходит, что на основе доступной органам чувств информации лишь о малой части важных свойств (в основном физических) окружа- 51.2. В своей сумке всё нахожу на ощупь • Что позволяет вам узнать предмет, которого вы не видите? § 51. Чем мы видим, слышим и чувствуем на самом деле 265 ющих нас предметов мы делаем заключение о скрытых от наших органов чувств свойствах объекта и строим яркую и подробную картину окружающей действительности. Как это происходит? «Я сам обманываться рад» к этой «Чувствуем мозгом» • Почему авторы дали рубрике такое название? • Какое отношение имеет фраза А.С. Пушкина рубрике? Для создания яркой картины мира необходимо вмешательство «мыслителя» — мозга. От рецепторов по нервному пути импульсы передаются в воспринимающий центр, ответственный за определённый тип ощущений. Поступление импульсов в нервный центр означает, что начал воздействовать физический фактор, имеющий отношение именно к этой сенсорной системе. В первичном нервном центре формируется информация о силе и качестве воздействия раздражителя на систему. Эта информация передаётся в кору больших полушарий, где происходит основная обработка информации от органов чувств. В коре существуют высокоспециализированные участки, или поля, коры. Сигналы от каждого органа чувств поступают в несколько полей коры. Некоторые поля строго специфичны, то есть обрабатывают, например, только зрительную информацию. Можно сказать, что мы «чувствуем мозгом» и наши ощущения — это, скорее, «догадки», в значительной степени основанные на предыдущем опыте, чем прямо полученная информация от органов чувств. А если это «догадки», то иногда мозг должен «ошибаться». Так оно и есть. Такие «ошибки» принято называть иллюзиями. Скрестите указательный и средний пальцы и прикоснитесь ими к кончику носа так, чтобы он оказался между пальцами. Что вы чувствуете? Возникает впечатление, что кончиков носа два. Как вы думаете почему? В другие поля поступает информация от двух или более органов чувств, она сопоставляется, из памяти извлекаются сведения о сходных событиях в прошлом и на этой основе формируется суждение о воспринимаемой действительности. Интересно, что от многих органов чувств в кору Взгляните на рисунок. Вы можете видеть на нём то два профиля, то вазу. Поскольку нет никакой «подсказки» о том, какой вариант «правильный», предпочтительный, наш мозг «толкует» это изображение то так, то ина че. 51.3. Странные картинки 266 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» 51.4. На схеме А показана площадь участков коры больших полушарий, обрабатывающих информацию от кожи различных участков тела человека, а на рисунке Б показано, каковы были бы пропорции тела, если бы размеры органов соответствовали площади «обработчиков». Чем крупнее область на рисунке справа, тем больше в ней рецепторов • С чем, на ваш взгляд, связаны различия в размерах реальных органов и их отражений на коре? мозга поступает информация, строго упорядоченная пространственно. Она похожа на карту тела или, например, поля зрения. Подобно географической карте, точки, лежащие рядом на теле или в пространстве, представлены рядом и в коре. Только в отличие от географической карты маленькая область наивысшей остроты зрения или чувствительности кожи представлена в коре значительно более подробно, чем другие. Благодаря такой обработке мы имеем единую картину мира и получаем более или менее верное представление об окружающей нас действительности. Сложные процессы обработки информации, поступающей от органов чувств, недоступны нашему сознанию. Мы осознаём только их результат, который называется ощущением. Например, когда рецепторы кожи воспринимают небольшое давление, возникает ощущение лёгкого прикосновения. Итак, те ощущения, которые доступны нашему сознанию, возникают в результате совместной работы рецепторов органа чувств и многих отделов мозга, обрабатывающих полученную информацию. Поэтому правильнее говорить не об органах чувств, а о целых системах нервных образований, воспринимающих и анализирующих внутренние и внешние раздражения. Такие системы называют анализаторами, например, зрительный анализатор, слуховой анализатор и т.д. § 51. Чем мы видим, слышим и чувствуем на самом деле 267 Принцип построения всех анализаторов один и тот же: специализированные рецепторные нейроны, нервный путь, первичный воспринимающий центр, вторичные нервные центры обработки информации (рис. 51.5). Ответом на возбуждение рецепторов органов чувств, как правило, служит запуск двигательной программы. Наш мозг совершает огромную и очень сложную работу. Он занимает центральное место между нашими ощущениями и ответным движением. Удивительно, что весь сложный процесс обработки информации от органов чувств и организации ответной реакции, с кратким описанием которого вы знакомились в течение 10—15 мин., занимает доли секунды. 51.5. Схема анализатора ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Доступные нашему сознанию ощущения возникают в результате сложной совместной работы рецепторов органа чувств и многих отделов мозга, обрабатывающих полученную информацию. Системы, получающие и обрабатывающие эту информацию, называют анализаторами. Органы чувств, анализаторы ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое органы чувств? 2. • Что такое анализаторы? 3. • Почему можно сказать, что мы «чувствуем мозгом»? 4. • Встречались ли вы со зрительными или другими иллюзиями? Приведите примеры. 5. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 268 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» § 52-53. «Окно в мир» ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Глаза - главный источник информации о внешнем мире. Факт 2. Глаз - это оптический прибор. Чувствительные клетки глаза способны лишь поглощать свет. • В чём противоречие? (Что может прибор: воспринимать сигналы или извлекать из них информацию?) Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что вы знаете об органе зрения? (Жизненный опыт, 7 класс) • Как называется слой чувствительных клеток (рецепторов) глаза? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Как устроен и функционирует зрительный анализатор? • Чем глаз похож, а чем отличается от плёночного фотоаппарата? • Зачем нужны слёзы? • Что такое аккомодация? • В чём причина дальнозоркости и близорукости? • Где происходит обработка зрительной информации? • Зачем нужно бинокулярное зрение? Более всего в нашей жизни мы полагаемся на зрение. Представьте себе, как трудна жизнь слепого человека. Вокруг нас множество объёмных предметов. Они различаются по величине, яркости, цвету, форме. Мы отличаем эти предметы друг от друга, хотя это не так легко, как кажется на первый взгляд. Самые простые действия — одевание, извлечение посуды из шкафа, наполнение чашки кофе — становятся трудными и даже опасными, если выключено зрение. Палочки обеспечивают сумеречное зрение, а колбочки - дневное Рецепторы глаза чувствительны к свету, поэтому их называют фоторецепторами. Существует два класса фоторецепторов - палочки и колбочки. По строению они похожи, но у палочек светочувствительная часть клетки цилиндрическая, а у колбочек - коническая, отсюда и разница в названии. Палочек в сетчатке человека насчитывается примерно 120 млн, они обладают высокой чувствительностью к свету, работоспособны при малом освещении и образуют систему сумеречного зрения. Менее светочувствительные - колбочки - работают только при хорошем освещении и обеспечивают систему дневного зрения. Их в сетчатке § 52-53. «Окно в мир» 269 около 7 млн. Способностью различать цвета обладают только колбочки, поэтому в сумерках мы плохо различаем цвета. Светочувствительный слой Палочки и колбочки образуют сетчатку — светочувствительный слой на дне глазного яблока (рис. 52.1). Как ни странно на первый взгляд, светочувствительные части этих клеток направлены не навстречу падающему свету, а от него и окружены тёмными пигментными клетками, которые поглощают излишний свет. Пигментный слой получает питательные вещества от кровеносных сосудов и питает фоторецепторы. Сетчатку (рис. 52.2) принято сравнивать со светочувствительным слоем фотоплёнки, но это не совсем правильно, так как сетчатка содержит не только фоторецепторы, но и несколько слоёв нервных клеток, которые начинают обработку полученной информации, а затем передают её в головной мозг. Аксоны последнего слоя нейро нов образуют зрительный нерв, идущий в мозг. Там, где аксоны отдельных клеток собираются в единый нерв, не остаётся места для рецепторов и других клеток. Поэтому свет, падающий на сетчатку, оказывается невидимым. Это так называемое слепое пятно. Острота зрения не одинакова в различных областях сетчатки. Строение сетчатки Примерно в её центре существует область, где острота зрения максимальна. Этот маленький участок сетчатки содержит только плотно упакованные колбочки, там нет никаких других клеток, поэтому на поперечном срезе он выглядит как углубление и называется центральной ямкой. Для то го чтобы хорошенько разглядеть интересующий объект, мы располагаем глаз так, чтобы изображение объекта попало на цен тральную ямку. 52.1. Светочувствительный сло глаза - сетчатка • Где расположены рецепторы глаза? СВЕТ 4Z Аксоны Нервные клетки, обрабатывающие сигнал 270 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» 52.3. Внешнее строение глаза Разглядываем свой глаз Кроме фоторецепторов, воспринимающих свет, и нервных клеток в органе зрения есть множество вспомогательных приспособлений. Некоторые из них контролируют количество света, проходящего внутрь глаза, другие представляют собой систему линз и фокусируют изображение на сетчатке. Часть этих приспособлений можно увидеть, рассматривая свой собственный глаз в зеркале. Мы обнаруживаем белую округлую поверхность - склеру, плотную непрозрачную оболочку глаза из соединительной ткани. Она защищает внутренние структуры органа зрения и участвует в поддержании его округлой формы. В центре глаза склера становится прозрачной роговицей. За роговицей лежит радужная оболочка, или просто радужка, -кольцевая мышечная диафрагма, регулирующая количество света, попадающего в орган зрения. Она определяет цвет глаз и может быть голубой, серой, карей - в зависимости от количества и распределения в ней пигментных клеток. В центре радужки мы видим чёрный круг. Это - зрачок, отверстие, ведущее внутрь глаза. Величина зрачка изменяется, подобно размерам диафрагмы в фотокамере, дозируя количество света, проходящего в глаз (рис. 52.4). В радужке расположены круговые и радиальные гладкие мышечные волокна. Они обеспечивают изменение размера зрачка. Сокращение круговых волокон (сфинктера) сужает зрачок, а радиальных - расширяет. У людей молодого возраста диаметр зрачка может изменяться от 1,5 до 8 мм. Но даже такого большого диапазона часто не хватает для того, чтобы приспособиться к возможным изменениям внешней освещённости. Например, при огромном количестве белого снега, отражающего свет, освещённость становится столь высокой, что для безопасности органов зрения люди вынуждены надевать защитные тёмные очки. Ф Ф В Этот рефлекс - классический пример регуляции с помощью петли обратной связи. При действии слишком большого количества света на рецепторы они посылают сигнал в мозг, и по парасимпатическим волокнам, идущим к сфинктеру радужной оболочки, поступает приказ ей сократиться и уменьшить освещение. При тусклом освещении зрачки расширяются и на сетчатку попадает относительно больше света. 52.4. Содружественный рефлекс § 52-53. «Окно в мир» 271 Полезная влага Поверхность глаза покрыта тонкой плёнкой влаги — слёзной жидкости. Она образуется в слёзных железах (рис. 52.5) и выделяется на поверхность глаза под веками, над наружным углом глаза. При моргании движения век равномерно распределяют слёзы по поверхности. Тонкая плёнка жидкости улучшает оптические свойства роговицы, и, кроме того, слёзы содержат ферменты, убивающие бактерии. Слёзная жидкость постоянно образуется в небольших количествах. Часть её испаряется, а излишки стекают в носовую полость через слёзный проток. При попадании в глаз инородного тела, например песчинки, количество слёз увеличивается и мы рефлекторно начинаем моргать более интенсивно. Мышцы глаза Глаза человека имеют форму шара диаметром около 2,5 см. Они расположены в глазницах — парных углублениях черепа. Каждый глаз движется и сохраняет определённое положение в глазнице с помощью трёх пар мышц. Мышцы каждой пары обеспечивают движение глаза в одной плоскости, а все три пары позволяют глазу двигаться в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях. Это даёт человеку возможность детального ознакомления с объектом наблюдения и точно прослеживать его перемещения. Три оболочки глаза Итак, на задней внутренней поверхности глаза расположена уже знакомая нам сетчатка. О верхней оболочке глаза -склере - мы также уже говорили. Между склерой и сетчаткой находится бурая сосудистая оболочка. Её название говорит само за себя - она пронизана сосудами, снабжающими кровью сетчатку, 52.5. Слёзные железы и протоки 52.6. Мышцы глаза Обратите внимание на то, как активны и разнообразны движения глаз наблюдателя. Все они обеспечиваются тремя парами глазных мышц. 52.7. Траектория движений глаз человека, рассматривающего портрет девушки 272 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» и покрыта пигментными клетками, уменьшающими отражение света от внутренних поверхностей глаза. Именно эта оболочка образует спереди радужку. Практически весь остальной объём глаза занят структурами, которые составляют его оптическую систему. Оптическая система глаза В глазу существует система линз, общая задача которых состоит в том, чтобы обеспечить на сетчатке изображение внешнего мира (рис. 52.8). Между роговицей и радужкой находится передняя камера глаза, наполненная прозрачной жидкостью - водянистой влагой. Роговица и передняя камера глаза - передняя часть оптического аппарата. За радужкой располагается эластичная двояковыпуклая прозрачная линза - хрусталик. Вещество хрусталика, прозрачное и бесцветное, не содержит сосудов и нервов. При напряжении мышц и натяжении волокон хрусталик меняет кривизну. Пространство позади хрусталика заполнено прозрачным студнеподобным стекловидным телом. Каким же образом изображение фокусируется на сетчатке? В расслабленном глазу на сетчатке возникает чёткое изображение бесконечно удалённых предметов, например звёзд. Чтобы получить отчётливое изображение предмета, расположенного ближе, мышцы изменяют кривизну хрусталика, что, в свою очередь, ведёт к изменению его преломляющей силы. Такая «наводка на резкость» — ясное видение предметов, находящихся на различных расстояниях от глаза, путём фокусировки изображения на сетчатке называется аккомодацией глаза (рис. 52.9). Оптическая система глаза создаёт на сетчатке чёткое уменьшенное перевёрнутое изображение объекта. § 52-53. «Окно в мир» 273 «Обдумываем» то, что видим Информация от нейронов сетчатки поступает во многие структуры мозга, где она перерабатывается в обособленных, но параллельных каналах. Например, в настоящее время известно, что в обработке зрительной информации принимают участие более 20 полей коры головного мозга. Клетки некоторых из них обрабатывают информацию о цвете, другие — о движении и т. д. Пока ещё мало известно о том, каким образом информация от разных зрительных каналов обобщается и сопо- Зрительные нервы из левого и правого глаза у основания гипоталамуса сходятся вместе, образуя частичный перекрёст. После перекреста аксоны клеток, расположенных в каждом глазу ближе к носу, переходят на противоположную сторону. В результате этого каждое полушарие мозга получает строго упорядоченную пространственно информацию от обоих глаз, но только о противоположной половине зрительной картинки. 52.10. Зрительные нервы и зрительный центр 52.11. Схема зрительного анализатора 274 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» ставляется с информацией от других органов чувств. Однако очевидно, что картина внешнего мира, возникающая в нашем мозгу, — плод сопоставления сигналов от всех органов чувств. Поэтому, например, расхожее представление о том, что младенец видит мир перевёрнутым, не имеет под собой никаких веских оснований — многие рецепторы помогают мозгу ребёнка получить сведения о том, как расположены предметы, и сформировать правильную зрительную картину. Бинокулярное зрение Посмотрим на какой-нибудь предмет поочередно одним, а затем двумя глазами. Предмет выглядит почти одинаково, но, если смотреть двумя глазами, создаётся более выраженное ощущение глубины пространства. У человека с нормальным зрением глаза видят одну и ту же сцену немножко под разным углом и помогают друг другу. Это создаёт возможность для объёмного зрения. Мы узнаём видимый объект независимо от того, смотрим мы на него одним правым, одним левым или двумя глазами. Объединение мозгом изображений от двух глаз называется бинокулярным зрением (рис. 52.12). Оно даёт нам возможность видеть мир объёмным и более точно определять расстояние до предметов. Бинокулярное слияние легко нарушается, если, к примеру, при рассматривании объекта изменить положение одного глаза в глазнице, слегка нажав пальцем на веко. Изобра-52.12. Бинокулярное зрение жение начинает «двоиться». Дальнозоркость и близорукость Оптическая система нашего глаза устроена так, что для получения чёткого изображения далёкого объекта на сетчатке нужно, чтобы расстояние от роговицы до сетчатки составляло 2,4 см. У некоторых людей это расстояние больше, и удалённые объекты воспринимаются нечётко, поскольку резкое изображение оказывается впереди сетчатки. С помощью ресничной мышцы мы можем только увеличить кривизну хрусталика, то есть переместить резкое изображение предметов ещё ближе к роговице. Таким образом, глаз не имеет возможности сфокусировать на § 52-53. «Окно в мир» 275 52.13. Здоровый глаз - А. Близорукость - Б и дальнозоркость - В сетчатке изображения удалённых предметов. Люди с таким зрением чётко видят только близкие предметы. Это явление называют близорукостью. Для её коррекции нужны очки с вогнутыми линзами. Иногда же поперечник глаза по какой-то причине слишком мал, изображения далёких предметов оказываются за сетчаткой. Тогда человек может увидеть далёкие предметы, используя механизм аккомодации на ближний план, но это требует постоянного напряжения глазных мышц. Для исправления данного дефекта глаза - дальнозоркости - используют очки с выпуклыми линзами. С возрастом у большинства людей хрусталик постепенно теряет влагу, его эластичность уменьшается, следовательно, снижается и его способность изменять кривизну, а значит, и диапазон аккомодации. Ближняя точка чёткого видения постепенно отодвигается от глаза, поэтому людям, страдающим дальнозоркостью, для чтения нужны очки. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Зрительный анализатор обеспечивает восприятие формы, цвета, взаимного расположения зрительных объектов. Палочки обеспечивают сумеречное зрение, а колбочки - дневное цветовое. Оптическая система глаза создаёт на сетчатке чёткое уменьшенное перевёрнутое изображение объекта. В нервных центрах зрительная информация обрабатывается, сопоставляется с информацией от других анализаторов, в результате чего формируется зрительный образ объекта. Фоторецепторы, сетчатка, склера, роговица, радужная оболочка, хрусталик, аккомодация, дальнозоркость, близорукость 276 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Как устроен глаз? 2. • Что такое палочки и колбочки? 3. • Как работает оптическая система глаза? 4. • Что такое «слепое пятно»? 5. • Для чего необходимо менять диаметр зрачка? 6. • Когда мы выходим из освещённого помещения на тёмную улицу, поначалу ничего не видно, но спустя некоторое время мы можем разглядеть довольно многое. Отчего? 7. • Почему говорят, что ночью все кошки серые? • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Обнаружение «слепого пятна». Зрачковый рефлекс Убедитесь на опыте, что «слепое пятно» существует. Нанесите яркую точку на ноготь указательного пальца правой руки. Закройте левый глаз. Поместите пальцы обеих рук перед собой. Внимательно смотрите только на указательный палец левой руки. Не переводя взгляд на правый указательный палец, начинайте медленно отводить его вправо. Когда расстояние между указательными пальцами обеих рук достигнет примерно 10 см, вы увидите, что точка на правом указательном пальце исчезла вместе с ногтём. Эта часть пальца попала в область «слепого пятна». Стоя перед зеркалом в освещённой комнате, закройте глаза на 10-20 сек. Открыв их, вы увидите, как оба зрачка сразу сузятся вследствие действия зрачкового рефлекса. Для сокращения обоих зрачков достаточно осветить один из них. Сокращение неосвещённого зрачка вместе с освещённым называется содружественной реакцией. § 54. Зачем человеку уши 277 § 54. Зачем человеку уши ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Ухо - орган слуха. Факт 2. Ухо - орган равновесия. • В чём противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Почему у животных ушная раковина подвижна? (7 класс) • Что такое чувство равновесия? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Как устроен и функционирует слуховой анализатор? • Где происходит обработка слуховой информации? • Мы знаем, зачем два глаза. А зачем два уха? • Что такое вестибулярный аппарат, где он находится и как функционирует? Мир наполнен звуками. Любой звук — песня птицы, барабанная дробь или рёв реактивного самолёта — это передающиеся от молекулы к молекуле колебания окружающего воздуха. Их вызывают колеблющиеся тела - голосовые связки птицы, кожа барабана, детали мотора самолёта. Очень многое в нашей жизни связано с восприятием этих колебаний. Например, с помощью слуха мы воспринимаем речь и учимся говорить. Во внутреннем ухе находится не только орган слуха, но и орган равновесия. По строению и механизму восприятия они сходны. Наружное ухо улавливает колебания Звуковые волны улавливают покрытые кожей хрящевые ушные раковины (рис. 54.1). Раковины направляют звук в наружные слуховые проходы. Их замыкают барабанные перепонки — тонкие с перламутровым блеском мембраны. Они образуют перегородку между слуховым проходом и средним ухом. Под действием звуковых колебаний барабанная перепонка начинает колебаться. Ушные раковины, наружный слуховой проход и барабанная перепонка составляют наружное ухо. 54.1. Наружное ухо 278 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Среднее ухо усиливает и передает колебания Среднее ухо Молоточек Наковальня Стремечко I Евстахиевая труба 54.2. Среднее ухо (рис. 54.2), как и наружное, заполнено воздухом. В его полости расположена цепочка гибко соединённых между собой слуховых косточек: молоточек, наковальня и стремечко. «Ручка» молоточка прочно связана с барабанной перепонкой. Основание стремечка входит в отверстие височной кости, которое затянуто тонкой перепонкой, называемой овальное окно. Колебания барабанной перепонки через молоточек передаются костной цепочке, которая в 40—50 раз усиливает давление звуковых волн и передаёт его на перепонку овального окна — границу среднего и внутреннего уха. Атмосферное давление непостоянно, и при его понижении барабанная перепонка должна выгибаться наружу под действием давления воздуха в полости среднего уха, а при повышении - прогибаться в полость среднего уха. Сильное изменение давления могло бы грозить повреждением этой тонкой мембраны, если бы полость среднего уха не была соединена каналом с глоткой. Этот канал называется евстахиевой трубой, которая открывается при глотании, соединяя полость среднего уха с окружающей средой и уравнивая в нём давление с атмосферным. Действие резкого изменения давления на барабанную перепонку можно испытать при взлёте или посадке самолёта. Неприятное ощущение «заложенных ушей» легко снимается глотательными движениями. Внутреннее ухо воспринимает звук Внутреннее ухо представляет собой костный спиральный, постепенно расширяющийся канал, образующий у человека 2,5 витка. Из-за специфической формы его называют улиткой (рис. 54.3). По всей длине, почти до самого конца, улитка разделена двумя мембранами на три узких, заполненных жидкостью канала. Два наружных канала сообщаются между собой через отверстие у слепого конца улитки и фактически образуют единый изогнутый наружный канал. Он начинается овальным окном и заканчивается таким же затянутым мембраной отверстием, открывающимся в среднее ухо, — круглым окном. Стремечко через овальное окно - . „ „ передаёт усиленные звуковые вол- 54.3. Внутреннее ухо ^ § 54. Зачем человеку уши 279 Наружные каналы АДЛЛАЛ/ ны жидкости этого канала, и они идут, не затухая, до круглого окна. Его мембрана под действием колебаний жидкости смещается наружу, в полость среднего уха. Наличие окон с мембраной очень важно в строении слухового аппарата. Если бы их не было, передача звуковых колебаний была бы невозможна из-за несжимаемости жидкости. Внутренние стенки наружных каналов формируют в центре улитки вытянутый замкнутый каналец. Внутри на одной из мембран, отгораживающей его от на- в раз^езе ружных каналов, расположены рецепторные клетки. Каждая из клеток имеет около сотни тончайших чувствительных волосков, которые находятся в тесном контакте с неподвижной мембраной, нависающей над ними, как козырёк над крыльцом. Колебания жидкости в наружных каналах «раскачивают» мембрану с рецепторными клетками, их волоски, упирающиеся в нависающую над ними мембрану, изгибаются, и рецепторы возбуждаются — в них возникают электрические импульсы. Жёсткость несущей рецепторы мембраны снижается по мере удаления от стремечка, поэтому различные её участки «раскачиваются» по-разному. Звуки высокой частоты сильнее «раскачивают» участки, расположенные ближе к овальному окну. Чем меньше частота колебаний и ниже звук, тем дальше от овального окна расположены максимально «раскачивающиеся» участки мембраны. Так как рецептивные клетки возбуждаются в основном в местах максимума колебаний, каждая частота возбуждает рецепторные клетки «своего» участка мембраны. Это позволяет нам различать звуки разной тональности от 16 до 20 000 Гц. Звук в пространстве Человек и животные обладают пространственным слухом, то есть способностью определять положение звука в пространстве. Наличие двух ушей - основа этого свойства. Структуры мозга способны оценивать различия 54.5. Схема слухового анализатора 280 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» звуковых стимулов по времени их прихода в каждое ухо и по их интенсивности. Если источник звука находится в стороне от средней линии головы, звуковая волна приходит в одно ухо несколько раньше и большей силы, чем в другое. Обработка информации о звуке в нервной системе Через не сколько пе реклю че ний и эта пов обра ботки в яд рах различных отделов головного мозга информация о воспринятом звуке передаётся в кору больших полушарий. Полей, обрабатывающих слуховые сигналы, тоже довольно много. В них существуют «карты звуковых частот»: звуки высоких частот расположены в одних участках коры, а низких — в других. Так же как и в зрительной системе, информация о звуках обрабатывается мозгом и «встраивается» в общую картину мира. Деятельность слуховой коры тесно связана с восприятием устной речи, у человека кора активируется даже во время чтения по губам! Орган равновесия Орган равновесия, или вестибулярный аппарат (рис. 54.6), позволяет определять положение и перемещение тела в пространстве. Вестибулярный аппарат состоит из двух перепончатых мешочков — круглого и овального и трёх полукружных каналов, расположенных в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях. Полукружные каналы связаны с овальным мешочком. В заполненных жидкостью мешочках есть возвышения — макулы, на которых расположены рецепторы - очень похожие на слуховые волосковые клетки. Волоски рецепторов погружены в желеобразную мембрану, называемую отолитовой, так как она утяжелена отолитами — крис-54.6. Вестибулярная система талликами карбоната кальция. Качаем головой При наклонах головы сила тяжести слегка смещает относительно тяжёлую отолитовую мембрану. Смещение мембраны приводит к сгибанию волосков и возбуждению рецепторов. Таким образом, отолитовый прибор сигнализирует в основном о положении головы, а также об ускорении и замедлении прямолинейного движения, как это бывает при разгоне или торможении автомобиля. Тогда отолитовая мембрана смещается по отношению к рецепторным клеткам точно так же, как подвижный предмет продолжает движение вперёд при торможении автомобиля. § 54. Зачем человеку уши 281 54.7. Желеобразная мембрана мало отличается по удельному весу от окружающей её жидкости и поэтому не перемещается относительно канала во время наклонов головы. Но при поворотах головы вся заполняющая канал жидкость стремится сохранить прежнее положение, и мембрана, прикреплённая одним концом к стенке канала, сдвигается вместе с ней. Волоски рецепторных клеток сгибаются и вызывают возбуждение клеток Крутим головой Полукружные каналы представляют собой изогнутые полукругом заполненные жидкостью трубки, открытые обоими концами в овальный мешочек и расположенные в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях. На одном из своих концов каждый полукружный канал образует вздутие, где находится желеобразная мембрана и волоско-вые рецепторы. Информации от трёх взаимно перпендикулярных каналов вполне достаточно для отражения всех возможных движений головы. Каналы распо- 282 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» ложены таким образом, что любое движение головы находит точное отражение в сигналах от полукружных каналов. Для чего нам нужна вестибулярная система? Информация от вестибулярных рецепторов необходима для координации движений и положения тела в пространстве, но этого не достаточно, нужны ещё сведения о напряжении мышц и положении суставов в каждый момент. Сигналы от вестибулярных рецепторов получают те структуры мозга, которые связаны с управлением движениями, такие, как спинной мозг, мозжечок, кора больших полушарий. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Ухо - орган чувств, содержащий рецепторы, чувствительные к звукам, силе тяжести и перемещению в пространстве. Наружное ухо, барабанная перепонка, среднее ухо, слуховые косточки, внутреннее ухо, улитка, вестибулярный аппарат, полукружные каналы ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Каким ухом (вспомните его строение) человек слышит? 2. • Какова функция среднего уха? 3. • Что вызывает колебание жидкости в улитке? 4. • Для чего нужны отолиты? 5. • Какое свойство уха как органа равновесия обеспечивает наличие трёх полукружных каналов? 6. • Иногда в результате травмы повреждаются слуховые косточки. Слух человека силь- но понижается, но полностью не утрачивается. Почему? Какой ещё путь передачи звука в улитку возможен? 7. • В чём преимущество слуха по сравнению со зрением? 8. • Почему рыба без ушей, а у кита закрыт наружный слуховой проход? § 55. Органы химического чувства и осязания 283 § 55. Органы химического чувства и осязания ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА - Можно «кожей чувствовать опасность». - Поступки могут «дурно пахнуть». • Эти фразы используют в переносном смысле знакомые ощущения, полученные от разных органов чувств. Чему будет посвящен параграф? Предложите свой вариант основного вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Для чего человеку нужны органы вкуса и обоняния? (Жизненный опыт. 7 класс) • Что такое осязание? (Жизненный опыт. 7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Где находятся, как устроены и зачем нужны рецепторы обоняния, вкуса и осязания? • Зачем нужна боль? Ощущения запаха и вкуса возникают в результате реакции специализированных рецепторов на молекулы некоторых соединений. Реакция на присутствие определённых молекул в организме не редкость — мы знаем, что многие клетки «узнают» молекулы гормонов и определённым образом реагируют на их присутствие. Органы химического чувства потому и являются органами чувств, что анализируют не внутреннюю среду организма, а молекулы, поступающие из внешней среды. Химический анализ молекул, встречающихся с рецепторами органов обоняния и вкуса, осуществляется в растворе. Вот почему рецепторы этих органов покрыты влажной слизистой оболочкой. Обоняние Человек способен воспринимать и различать более 10 тыс. запахов, но это очень немного по сравнению с возможностями животных, таких, как, например, собака. У человека примерно 6 млн обонятельных рецепторов. Они собраны в обонятельных областях площадью около 2,5 см2 в каждой половине носа в верхней части его перегородки. Это — обонятельный эпителий. 551 Орган обоняния 284 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Реакцию рецепторов вызывают вещества, молекулы которых присутствуют в воздухе. Поэтому, для того чтобы мы могли почувствовать запах какого-то вещества, оно должно быть летучим. Например, всем известно, что поваренная соль не имеет запаха. Это оттого, что молекулы этого нелетучего вещества в воздухе отсутствуют. Молекулы пахучих веществ посту- 55.2. Обонятельный эпителий пают к обонятельным рецепторам в процессе дыхания, в основном через ноздри (внешние) и в меньшей степени через внутренние ноздри изо рта. Во время приёма пищи таким образом возникает смешанное ощущение, представляющее собой комбинацию вкуса и запаха. Сквозь слизь, покрывающую обонятельный эпителий, молекулы пахучего вещества проникают к рецепторам и взаимодействуют с их ресничками, что приводит к возникновению электрического импульса. Обнюхивание — характерная черта поведения многих животных и человека — позволяет увеличить поток воздуха над обонятельными рецепторами. Это, в свою очередь, приводит к увеличению в нём концентрации молекул пахучего вещества. Информация о запахе поступает в обонятельные луковицы, расположенные на нижней поверхности больших полушарий мозга. Оттуда она, в зависимости от содержания, поступает в разные отделы мозга, где обобщается и сопоставляется с информацией от других органов чувств. Следовательно, как и в случаях со слухом и зрением, когда с помощью мозга мы слышим и видим, здесь, образно говоря, мы нюхаем с помощью мозга. Вопреки распространённому мнению о том, что обоняние не играет важной роли в жизни человека, исследования показывают, что это не совсем так. Запахи влияют на настроение, вызывают расслабление или возбуждение, снимают стресс, обостряют или притупляют внимание, способны возбудить или погасить аппетит, повлиять на работоспособность, они 55.3. Обонятельный анализатор § 55. Органы химического чувства и осязания 285 помогают запоминать и активизировать долговременную память. Механизмы этих явлений только начинают изучать. Некоторые запахи вызывают в нашей памяти эпизоды далёкого детства с удивительными подробностями. Вкус Вкусовые рецепторы относительно мало чувствительны. Богатством вкусовых ощущений мы обязаны взаимодействию возбуждения вкусовых, обонятельных и некоторых других рецепторов, например, рецепторов тепла и холода и даже болевых рецепторов полости рта. Так, холодное и растаявшее мороженое имеют разный вкус (во втором случае менее приятный), и недаром многие вина рекомендуют употреблять в охлаждённом виде. Пища кажется «острой» из-за того, что определённый её состав действует на болевые рецепторы языка. Когда человек теряет чувствительность обонятельных рецепторов, вкусовые ощущения меняются коренным образом. Человеку свойственно различать четыре основных вкуса: сладкий, солёный, кислый и горький. Воспринимающие их рецепторы распределены неравномерно. Вкус горького ощущается в первую очередь основанием языка, кислого и солёного — боковой поверхностью, а сладкого — кончиком языка. Это легко проверить, нанося на поверхность языка различные по вкусу вещества: сладкое (сахар), кислое (лимон), солёное (соль) и горькое (горькая соль, полынь). Разнообразие вкусовых ощущений возникает за счёт смешения и взаимодействия возбуждающихся вкусовых, обонятельных и некоторых других рецепторов. Вкусовые рецепторы вместе с поддерживающими их клетками образуют вкусовые почки. Они располагаются на вкусовых сосочках языка, на задней стенке глотки, на мягком нёбе, миндалинах и надгортаннике. В крупных сосочках может быть до 200 вкусовых почек. Больше всего их находится на кончике языка, его краях и задней части. Железы, находящиеся между вкусовыми сосочками, выделяют слюну. Она промывает вкусовые почки и приводит их в готовность для восприятия различных веществ. Каждая рецепторная клетка наиболее чувствительна к одному из четырёх основных вкусов, но отвечает и на другие, правда, значительно слабее. Информация от вкусовых почек поступает в зависимости от содержания в различные отделы головного мозга. Вкусовые ощущения запуска- 55.4. Вкусовые зоны языка • Почему горький вкус таблетки мы ощущаем не сразу после того, как кладём её в рот? 286 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» • Как вы думаете, почему рецепторы расположены на сосочках? ют многие безусловные рефлексы, связанные с пищеварением, например секрецию слюны и желудочного сока. Эти реакции бессознательно контролируются подкорковыми отделами головного мозга. Однако наличие у нас вкусовых предпочтений указывает в то же время и на участие коры больших полушарий мозга в анализе вкусовых ощущений. Осязание Осязание — единственное чувство, которым обладают все животные без исключения. Кожа защищает наш организм от нежелательных воздействий, поэтому вполне естественно, что она служит местом расположения многих чувствительных клеток. С помощью осязания мы узнаём об особенностях окружающих нас предметов - их форме, характере поверхности, температуре. Эти ощущения снабжают мозг полезной информацией о том, что творится вокруг организма, а зачастую и оберегают от опасностей. Кожа человека изобилует нервными волокнами и окончаниями. На 1 см2 кожи человека приходится около 100 нервных окончаний (рис. 55.7). Многие рецепторы кожи отвечают на механические раздражения - вибрацию, давление, растягивание и т. д. Они называются тактильными рецепторами. Больше всего их в коже пальцев рук, ладоней, подошв, губ. § 55. Органы химического чувства и осязания 287 Рецепторы, реагирующие на механическое раздражение кожи, находятся в её верхнем слое. В жировой ткани гиподермы расположены «датчики» вибрации, в собственно коже — «датчики» прикосновений и скорости движения раздражителя по коже. «Датчики» силы давления и величины прогибания кожи расположены в самых нижних слоях эпидермиса. Чем больше рецепторов содержит единица поверхности, тем 55.7. Различные рецепторы кожи, формирующие её чувствительность • Что означает «онемение» кожи на морозе? выше чувствительность органа. Так, например, если вы прикоснётесь к кончику языка двумя зубочистками на расстоянии всего 1 мм, то почувствуете прикосновение двух предметов. А где-то в середине спины вы будете ощущать прикосновение одного предмета до тех пор, пока расстояние между кончиками зубочисток не увеличится до 60 мм. Механические стимулы, обычно действующие на кожу, как правило, одновременно возбуждают несколько типов рецепторов, то есть возникающие у нас тактильные ощущения — результат работы сразу нескольких типов рецепторов. Многочисленные свободные нервные окончания в коже ответственны также за температурную чувствительность. Холодовые и тепловые рецепторы кожи, совместно с «датчиками» температуры центральной нервной системы, принимают участие в терморегуляции организма. Следует заметить, что кожа лица наименее чувствительна к холоду и теплу, кожа конечностей, наоборот, очень быстро реагирует на перепады высоких и низких температур. Боль В отличие от других чувств боль информирует нас об опасности — разрушении тканей или нарушении функционирования какого-либо органа, поэтому её значение в жизни организма огромно. Во всех органах, кроме мозга, присутствуют рецепторы боли. Она может быть вызвана обычными для организма раздражителями — механическими, температурными, световыми, сила которых значительно превышает допустимые значения, или какими-то другими. Поскольку для организма совершенно необходимо, чтобы возникновение этого чувства не прошло незамеченным, важнейший компонент боли — субъективные ощущения; человек страдает от боли. 288 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Обонятельные рецепторы очень чувствительны к пахучим веществам. Вкусовые рецепторы относительно малочувствительны. Разнообразие вкусовых ощущений возникает за счёт смешения и взаимодействия возбуждения вкусовых, обонятельных и некоторых других рецепторов. С помощью осязания мы узнаём об особенностях окружающих нас предметов - их форме, характере поверхности, температуре. Боль информирует нас об опасности - повреждении тканей или нарушении функционирования какого-либо органа. Вкусовые, обонятельные и тактильные рецепторы ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Для чего человек принюхивается, делая резкие вдохи? 2. • К какому вкусу наиболее чувствителен кончик языка? 3. • Почему мы стремимся ощупать интересующую нас поверхность кончиками паль- цев, а не всей ладонью? 4. • Как вы думаете, о чём может сигнализировать боль в ушах при спуске под воду? 5. • Почему мозг не чувствует боли? А что же болит, когда болит голова? 6. • Почему в сухом воздухе пустынь обоняние притупляется? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 8. • Психологи говорят о том, что люди делятся на «визуалов», «аудиалов» и «кинестети-ков» (важность осязания). К какой категории вы относите себя? § 56-57. Таинство рождения 289 § 56-57. Таинство рождения ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Самая характерная особенность живого - способность к самовоспроизведению. Размножение обеспечивает сохранение и эволюцию вида. Факт 2. В ДНК заключена и программа, необходимая для воспроизводства себе подобных. В соответствии с ней половые органы устроены таким образом, что обеспечивают встречу сперматозоидов и яйцеклетки, в результате чего появляется ребёнок. Факт 3. Благодаря наследственной программе у человека обнаруживается желание к продолжению рода и возникают родительские чувства. Какой теме посвящены все эти факты? Чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое гаметы и зиготы? (7 класс) • Что такое внутреннее оплодотворение? (7 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Зачем нужно половое размножение? • Как и где образуются зрелые яйцеклетки и сперматозоиды? • Где и как происходит оплодотворение и эмбриональное развитие? • Как протекают беременность и роды? • Почему рождаются близнецы? • Почему у человека столь продолжительное детство? Половое размножение В половом размножении принимают участие два организма — мужской и женский. Строение мужского и женского организма определяется ролью каждого из них в процессе размножения. Предназначение как мужской, так и женской половой системы заключается в том, чтобы произвести специализированную половую клетку — гамету — и обеспечить оплодотворение, то есть слияние половых клеток и образование зиготы — оплодотворённой яйцеклетки. Биологическое преимущество полового размножения состоит в том, что при образовании гамет происходит перераспределение наследственных признаков обоих организмов, в результате чего потомство имеет шанс оказаться более жизнеспособным, чем родители. 290 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» 56.1. Женская половая система и путь яйцеклетки В половых органах мужчины и женщины вырабатываются разные гаметы: мужские — сперматозоиды и женские — яйцеклетки. И яйцеклетки, и сперматозоиды несут половину наследственной информации будущего ребёнка. Образовавшаяся в результате оплодотворения (слияния мужской и женской половых клеток) зигота получает от них полную наследственную информацию. Женская репродуктивная система предназначена не только для производства яйцеклетки, но и для вынашивания оплодотворённой яйцеклетки до стадии плода и его защиты, пока не закончится беременность. Созревание яйцеклетки Ещё до рождения у каждой девочки в специальных парных органах — яичниках — формируется несколько десятков тысяч яйцеклеток. Из них в течение детородного возраста женщины успевает созреть не более 500 яйцеклеток. Яичники выполняют две функции: производят яйцеклетки и выделяют женские половые гормоны эстроген и прогестерон. Яйцеклетка — самая крупная клетка организма размером с булавочную головку. Она — единственная различимая без микроскопа. Её цитоплазма содержит большое количество питательных веществ. В отличие от мужчин, у которых сперматозоиды образуются непрерывно, у женщин обычно созревает всего одна яйцеклетка в месяц. Её развитие контролируется гормонами гипоталамуса, гипофиза и половой системы. Месячный цикл созревания яйцеклетки называется менструальным. Созревающая яйцеклетка окружена эпителиальными клетками, образующими пузырёк - фолликул. Примерно один раз в 28 дней в яичнике созревает яйцеклетка и происходит овуляция — разрыв стенки фолликула и § 56-57. Таинство рождения 291 Дни менструального цикла 56.2. Менструальный цикл выход яйцеклетки из яичника прямо в брюшную полость. Яичник окружён пальцеобразными мягкими выростами маточной трубы. Слизистая оболочка маточной трубы выстлана ресничным эпителием, который создаёт ток жидкости, подхватывающий яйцеклетку и направляющий её в воронку маточной трубы. Маточные трубы впадают в верхние углы матки — полого мышечного органа, выстланного слизистой оболочкой, обильно снабжённого кровеносными сосудами. Перистальтика гладкой мускулатуры маточной трубы и ресничный эпителий постепенно продвигают созревающую яйцеклетку к матке. Тем временем матка готовится принять яйцеклетку в случае её оплодотворения: слизистая оболочка матки утолщается и разбухает, превращаясь в губчатое ложе, заполненное широкой сетью кровеносных сосудов, готовых к питанию оплодотворённой яйцеклетки. Если оплодотворение не наступает, яйцеклетка погибает, а слизистая оболочка матки отторгается и выходит наружу в виде кровянистых выделений через влагалище. Созревание сперматозоидов Мужские половые органы должны быть способными вырабатывать сперматозоиды и доставлять их внутрь женского организма, где происходит оплодотворение и развивается новый организм. Основная часть мужских половых органов — внешняя. В парных железах — яичках, или семенниках, развиваются сперматозоиды и вырабатывается мужской половой гормон — тестостерон. Семенники находятся вне брюшной полости, в кожном мешке — мошонке, так как процесс созревания сперматозоидов идёт на 3—5 оС ниже температуры человеческого тела. Если температура внешней среды слишком низкая, мышцы втягивают яички в полость тела. 292 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Яичко окружено белочной оболочкой, разделённой приблизительно на две сотни долек, содержащих 400-600 семенных канальцев. Канальцы производят ежедневно около 200 млн сперматозоидов, которые спускаются по канальцам и накапливаются в специальных полостях, называемых придатками семенников. Сперматозоид — мельчайшая клетка организма. Зрелый сперматозоид имеет длину 0,05 мм и состоит из головки, туловища и хвоста: в головке содержится наследственная информация, а хвостик помогает быстро двигаться. В туловище сперматозоида расположены митохондрии, обеспечивающие сперматозоид энергией при его перемещении. Хвост состоит из белковых волокон, которые сокращаются в разные стороны, производя характерное волнообразное движение. Очевидно, что сперматозоиды, как и все клетки нашего организма, не могут существовать вне жидкой среды, поэтому железы мужской половой системы, самая крупная из которых предстательная железа, вырабатывают семенную жидкость. Она содержит белки, глюкозу и фруктозу, которые обеспечивают питание сперматозоидов, а также слизистые вещества, обеспечивающие «смазку» путей, по которым проходят сперматозоиды. Семенная жидкость со сперматозоидами называется спермой, в 1 миллилитре спермы содержится около 100 млн сперматозоидов. Из придатка сперматозоиды попадают в семявыносящий проток, а затем в мочеиспускательный канал. У мужчин он проходит внутри полового члена, или пениса. § 56-57. Таинство рождения 293 56.4. Оплодотворение Оплодотворение Оплодотворение — это слияние сперматозоида и яйцеклетки. С выходом животных на сушу единственно возможным способом обеспечить встречу гамет стало внутреннее оплодотворение. Оно позволяет в отсутствие водной среды уберечь сперматозоиды от высыхания и обеспечить им возможность движения. Суть внутреннего оплодотворения состоит в том, чтобы доставить сперматозоиды в семенной жидкости в половые пути самки. У людей это происходит во время полового акта, когда пенис вводится во влагалище. Семенная жидкость с сотнями миллионов сперматозоидов извергается в верхний конец влагалища около шейки матки. Все они стремятся пройти через влагалище, преодолеть вход в матку и проникнуть в маточные трубы, где их может ожидать готовая к оплодотворению яйцеклетка. Благодаря движению хвостиков сперматозоиды примерно за полтора часа преодолевают расстояние от влагалища до маточной трубы. Сокращения матки помогают им проталкиваться вперёд к маточным трубам. Энергично двигаясь, самые жизнеспособные сперматозоиды проникают через шейку матки в матку и маточные трубы. Всего несколько сотен из них достигают яйцеклетки в течение суток. Окружив яйцеклетку со всех сторон, сперматозоиды выделяют особое вещество, разрушающее внешнюю оболочку яйцеклетки до тех пор, пока внутрь её не попадёт единственный сперматозоид. После этого изменения в мембране яйцеклетки не позволяют другим сперматозоидам проникнуть внутрь. Слившийся с яйцеклеткой сперматозоид утрачивает свой хвостик, а его головка смыкается с её ядром. Образуется зигота — оплодотворённая яйцеклетка. В результате слияния двух ядер возникает зародыш, обладающий наследственной информацией обоих родителей. Таким образом, крошечный эмбрион, размеры которого меньше булавочной головки, уже несёт всю необходимую информацию для того, чтобы сформировался новый человек. Зигота движется к матке и примерно через 30 ч после оплодотворения ещё в маточной трубе начинает делиться сначала на две, затем на четыре, восемь клеток. Когда она достигает матки, делящаяся яйцеклетка представляет собой бугристый шарик более чем из 100 клеток, полый внутри. В матке он погружается в разбухшую, пронизанную кровеносными сосудами слизистую оболочку, где и происходит дальнейшее развитие. С этого момента начинается беременность женщины, созревание новых яйцеклеток в яичниках прекращается. 294 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Образование плаценты В матке зародыш окружён оболочкой, заполненной жидкостью, которая защищает его от внешних сотрясений. Со временем, по мере роста зародыша, из окружающих его оболочек и слизистой оболочки матки образуется плацента (рис. 56.5), имеющая форму диска и толщину около 5 см. В ней переплетаются, не сливаясь друг с другом, кровеносные сосуды матери и зародыша. Через тонкий эпителий сосудов плаценты и матки на протяжении всего развития зародыша происходит снабжение его питательными веществами и кислородом, удаление продуктов обмена. Сосуды зародыша, идущие к плаценте, формируют пупочный канатик. Плацента выделяет гормоны, регулирующие ход беременности, поэтому её считают временной железой внутренней секреции. Она также служит непроницаемым барьером для многих чужеродных и вредных веществ. К сожалению, алкоголь, никотин, наркотики, многие лекарственные препараты проникают через плаценту и оказывают вредное воздействие на развивающийся организм. Для того чтобы из крошечного зародыша развился ребёнок, готовый к появлению на свет, должно пройти 9 месяцев. Это сложное превращение происходит в утробе матери. § 56-57. Таинство рождения 295 56.6. Эмбрион около 8 недель в возрасте Беременность Беременность — период вынашивания оплодотворённой яйцеклетки в матке до появления ребёнка на свет. Она длится 40 недель, и в течение этого времени женский организм претерпевает очень большие изменения. По мере роста плода матка растягивается, и живот беременной женщины увеличивается в размерах. Грудь, которая готовится к выработке молока для кормления младенца, также увеличивается. Будущий младенец называется зародышем с момента погружения в матку до 8 недель беременности. В этот период происходит основная работа по закладке всех органов и систем будущего организма. С 9-й недели внутриутробного развития до рождения развивающийся организм называется плодом. В конце первых трёх месяцев беременности зародыш превращается в плод с грубыми чертами лица, ручками и ножками, половыми органами. В последующие три месяца у плода появляются волосы, брови, ресницы. С помощью стетоскопа можно прослушать, как бьётся его сердце. Он иногда двигается, и мать ощущает толчки. Затем начинается стремительный рост тела и мозга. Будущий младенец спит и просыпается, легко вздрагивает, активно движется, сосёт большой палец. Роды В конце беременности изменения в организме матери свидетельствуют о том, что ребёнку пора появиться на свет. В течение беременности мышцы матки постоянно слегка сокращаются и расслабляются. В последние недели эти сокращения становятся сильнее. Обычно плод к концу беременности лежит в матке головой вниз. Такое положение облегчает его выход через родовой канал. Вскоре начинаются схватки — сокращения мышц матки. Окружающая плод оболочка лопается, и происходит отход околоплодных вод. Начинаются роды. Шейка матки расширяется и утоньшается. Женщина тужится, напрягая мышцы брюшной стенки, и выталкивает ребёнка наружу. У появившегося на свет ребёнка с первым криком расправляются лёгкие, и он начинает дышать самостоятельно. После рождения ребёнка его пуповину (пупочный канатик) перевязывают в двух местах, а затем перерезают между перетяжками. Место прежнего соединения с пуповиной остаётся у человека заметным на всю жизнь и называется пупком. 296 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» После появления на свет ребёнок ещё долго сохраняет тесную связь с матерью и во многом зависит от неё. Важную роль играет вскармливание младенца грудью. Материнское молоко содержит смесь питательных веществ, идеально подходящую для младенца, а также антитела, защищающие ребёнка от болезней. Молочные железы матери начинают увеличиваться ещё во время беременности. Сосательные движения, совершаемые ребёнком, стимулируют образование молока, которое может выделяться до тех пор, пока ребёнок не начнёт есть твёрдую пищу или пить молоко из бутылочки. Близнецы Многие беременности заканчиваются рождением не одного ребёнка, а двух - близнецов. Существует два типа близнецов. Однояйцевые близнецы всегда одного пола. Они развиваются благодаря делению одной уже оплодотворённой яйцеклетки. Каждый плод заключён в собственную оболочку, но используют они одну плаценту. Оба ребёнка имеют одинаковую наследственную информацию, и поэтому, когда вырастут, они будут выглядеть почти одинаково. Разнояйцевые близнецы развиваются, когда в одном и том же менструальном цикле созревают, выходят в маточные трубы и оплодотворяются разные яйцеклетки. Каждый из таких плодов имеет свою плаценту. Наследственная информация раз- о „ ля- о нояйцевых близнецов различна, и, конеч- 56.8. Близнецы: А - однояйцевые; Ь - раз- ^ нояйцевые но, они могут быть разнополыми. § 56-57. Таинство рождения 297 Человек растёт После рождения человек проходит несколько стадий развития. Новорождённым ребёнок считается в первый месяц жизни. В это время он привыкает к жизни вне материнского чрева. Он слаб и беспомощен. Благодаря врождённым рефлексам младенец сосёт грудь матери, хватает любой предмет, который касается его ладони, автоматически «переступает» ножками, если его ступни касаются твердой поверхности. Большую часть времени суток ребёнок спит. Со второго месяца жизни до года — младенческий период развития. Это период бурного развития организма. Ребёнок учится пользоваться своими органами чувств, речевым аппаратом, двигаться. Со второго года жизни у ребёнка начинается детство. Оно длится до начала полового созревания. Это период физического роста, формирования навыков, социального развития и обучения. Затем наступает подростковый период — время полового созревания, второй период бурного роста. В это время организм приобретает способность к воспроизведению потомства. К моменту полового созревания у людей развиваются вторичные- половые- признаки, формируются особенности внешнего строения, отличающие мужчин от женщин. У девочек подростковый период проходит между 11-м и 15-м годом. Все изменения в организме в это время связаны с подготовкой к зачатию, вынашиванию, рождению и вскармливанию будущего ребёнка. Развиваются вторичные половые признаки: изменяется распределение подкожного жира — бёдра и плечи становятся более округлыми, формируется грудь, растёт тело, появляются волосы на лобке и начинаются первые месячные (менструация). 56.9. Пропорции тела на разных стадиях развития человека • Почему рост головы на ранних стадиях развития опережает рост туловища? 298 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» У маль чи ков поло вое со зре ва ние про исходит в 12—16 лет. Пле чи у них становятся более широкими, развиваются и крепнут мышцы, начинается рост яичек и полового члена, появляется растительность на лобке и лице, изменяется гортань, удлиняются голосовые связки, огрубляется голос. Половое созревание — явление индивидуальное и происходит у всех по-разному. Примерно к 20 годам человек становится взрослым. Организм уже созрел полностью, однако физическое, интеллектуальное и эмоциональное развитие продолжается. Наконец, примерно к 70 годам наступает старость. Причиной старения могут быть различные процессы, повреждающие или убивающие клетки. В пожилом и старческом возрасте снова происходит серьёзная перестройка организма. Обмен веществ замедляется, снижается работоспособность всех систем организма. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА В половых органах мужчины и женщины вырабатываются и созревают половые клетки - гаметы. Каждая из них несёт половину наследственной информации будущего ребёнка. Образовавшаяся в результате оплодотворения зигота - оплодотворённая яйцеклетка получает от гамет полную наследственную информацию; зигота растёт и развивается в женском организме. Яичники, матка, влагалище, менструальный цикл, семенники, половой член (пенис), плацента, беременность, вторичные половые признаки ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Где происходит оплодотворение яйцеклетки? 2. • Что такое менструальный цикл? Расскажите об этапах этого цикла. 3. • В какой момент яйцеклетка становится зиготой? 4. • Семенники развиваются внутри полости тела, но потом опускаются в мошонку. Почему? 5. • Почему беременным женщинам особенно не рекомендуется курить, употреблять алкогольные напитки и злоупотреблять лекарственными препаратами? 6. • По какой причине прекращается созревание новых яйцеклеток в яичниках во время беременности? 7. • Бывают случаи внематочной беременности, когда зародыш прикрепляется не к стенке матки, а к маточной трубе, яичнику или в брюшной полости. Отчего это может произойти? 8. • Какие болезни матери опаснее для плода: вирусные или бактериальные? С чем это связано? 9. • Как вы собираетесь готовиться к роли матери или отца? § 58. Внутренняя среда, высшая нервная деятельность и воспроизведение. Повторение 299 § 58. Внутренняя среда, высшая нервная деятельность и воспроизведение. Повторение Вопросы для повторения 1. • На каком механизме основаны все регуляторные процессы? 2. • Почему все заболевания связаны с нарушением внутренней среды организма? 3. • Как предотвратить заражение СПИДом? 4. • Что в организме регулируется врождёнными реакциями, а что - с помощью высшей нервной деятельности? 5. • В чём отличие человека от животных и какие по сравнению с ними свойства и при- способления к условиям среды люди потеряли навсегда? 6. • Где формируются зрительные, слуховые, обонятельные и вкусовые ощущения? 7. • Что и как воспринимает световые, звуковые, запаховые, вкусовые и тактильные сиг- налы от внешней среды, а что формирует ощущения? 8. • В чём сходство и различие в работе разных органов чувств? 9. • В чём проявляется забота о потомстве, столь развитая у человека, и в чём её смысл? 10. • Как физиологические различия женщин и мужчин отражаются на их общественном разделении труда? Что означают эти понятия? Отрицательная обратная связь, иммунитет, неспецифический и специфический иммунитет, клеточный и гуморальный иммунитет, воспаление, антитела, аллергия, СПИД, вакцинация. Стресс, доброкачественная опухоль, злокачественная опухоль. Безусловный и условный рефлексы, инстинкт. Мышление, речь, сознание. Органы чувств, анализаторы. Фоторецепторы, сетчатка, склера, роговица, радужная оболочка, хрусталик, аккомодация, дальнозоркость, близорукость. Наружное ухо, барабанная перепонка, среднее ухо, слуховые косточки, внутреннее ухо, улитка, вестибулярный аппарат, полукружные каналы. Вкусовые, обонятельные и тактильные рецепторы. Яичники, матка, влагалище, менструальный цикл, семенники, половой член (пенис), плацента, беременность, вторичные половые признаки. ^ Жизненная задача 4 Название. Как помочь больной маме? Ситуация. У мамы 15-летней школьницы внезапно очень сильно поднялось артериальное давление и сохранялось постоянно высоким в течение нескольких часов. Девочка вызвала врача. Пришедший доктор прописал маме сосудорасширяющие, успокаивающие и мочегонные препараты. По дороге в аптеку девочка встретила соседку, которая стала убеждать её в том, что доктор прописал маме слишком много лекарств. Однако девочка подумала и объяснила соседке, для чего нужен каждый из препаратов. Роль. Заботливая дочь. Результат. Перечислите аргументы в пользу препаратов, назначенных врачом маме, у которой резко повысилось давление. 300 Глава 4. «Постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни» Продолжаем работать над проектом «Научился сам - научи младшего» Подробнее на с. 41. По мере изучения биологии в 8-м классе вы знакомитесь с правилами здорового образа жизни и опасностями, которые угрожают нашему здоровью. Продолжайте формулировать и иллюстрировать эти правила так, чтобы они были доступны для младших школьников, например для ваших младших братьев и сестёр. Для этого можно использовать изображения, пословицы, афоризмы из книг, журналов, Интернета, сочинять и рисовать самим. В конце года можно устроить конкурс самых лучших иллюстраций и лучших текстов о правилах здорового образа жизни. При возможности используйте для сбора информации и оформления работы компьютер. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Все болезни - результат нарушения постоянства внутренней среды организма Составьте список болезней, упоминаемых в этой главе. Каждую из них можно узнать по её проявлениям, называемым симптомами. Используя материал учебника, Интернет, имеющиеся под рукой энциклопедии и любые другие доступные книги по медицине, составьте список симптомов каждой болезни. О каких нарушениях постоянства внутренней среды организма свидетельствует каждый симптом? Найдите общие черты в симптоматике разных заболеваний. Выясните, к врачу какой специализации следует обратиться при том или ином заболевании. Глава 5. Мысли, чувства, эмоции 301 Часть 2. ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА Глава 5. Мысли, чувства, эмоции Изучая эту главу, вы научитесь: объяснять с точки зрения биологии важнейшие психические функции человека, чтобы понимать себя и окружающих. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - объяснять важнейшие психические функции человека, чтобы понимать себя и окружающих (соотношение физиологических и психологических основ в природе человека и т.п.); - характеризовать биологические корни различий в поведении и в социальных функциях женщин и мужчин (максимум). Использовать в быту элементарные знания основ психологии, чтобы уметь эффективно общаться с другими людьми. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - эффективно общаться, используя знания о человеческих темпераментах, эмоциях, их биологическом источнике и социальном смысле. Проверьте себя: • Как бессознательные реакции влияют на высшую нервную деятельность? 302 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции § 59. «Наука о душе» ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Каждый орган участвует в исполнении нескольких, часто многих функций. Факт 2. Мозг человека обеспечивает почти безграничное разнообразие психических проявлений. • Как связаны эти факты? Чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие органы тела человека ответственны за возникновение ощущений? (§ 51) • Почему человека называют биосоциальным существом? (§ 1) • Что изучает психология? (Жизненный опыт, обществознание 5 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Психология - наука о духовном мире человека • Как можно представить возникновение духовных запросов человека в процессе эволюции? (Обдумывая ответ, обратите внимание на то, что любознательность - важнейшая черта человека.) Понятие «психология» («psyche» — душа, «logos» — учение) появилось только в XVIII веке, но попытки понять, объяснить особенности внутреннего мира человека предпринимались с незапамятных времён. Ещё древние люди обратили внимание на двойственную природу потребностей человека. Тело требует еды, тепла, сна — и это естественные потребности. Но ведь мы едим для того, чтобы жить, а не живём для того, чтобы есть. Мы любуемся звёздами и цветами, ищем разнообразия и богатства эмоций и переживаний, любви. Даже еда доставляет нам удовольствие богатством вкуса и оформления, а отнюдь не только результатом насыщения. Мы покидаем свой привычный дом и отправляемся в путешествия, покоряем горы, реки, полюса; мы читаем книги, слушаем музыку. Это составляет духовную жизнь человека. Поиск впечатлений есть не что иное, как способ освоения внешнего мира и обучение жизни в нём. Это можно проследить на примере детёнышей у животных. Однако человек в большей степени, чем животные, сохраняет способность обучаться всю жизнь. Накопленный опыт обогащает наш внутренний мир, даёт пищу уму, наводит на размышления о том, как сделать окружающий мир ещё лучше, краше, удобнее, интереснее. Именно это делает человека человеком — разумным существом. Духовная жизнь представляет собой важнейшую сторону жизни, хотя не существует души как специального органа. В естественных § 59. «Наука о душе» 303 науках в настоящее время вместо понятия «душа» используется более строгое с научной точки зрения понятие «психика». Наука о психическом (духовном) мире человека называется психологией. Но как возможно объективное познание мира, окружающих нас людей, если «чужая душа — потёмки»? Как же можно узнать о внутренних психических процессах: мыслях, чувствах, намерениях, стремлениях, желаниях? Единственным «окном» во внутренний мир человека могут быть внешние проявления его духовной жизни. Это широко понимаемое поведение человека: его действия и поступки, реакции на изменение окружающе го мира, его оценка событий, выраженная в словах, музыке, изобразительном искусстве и т.д. Первая особенность психики — её принадлежность конкретному человеку. Психические явления индивидуальны по способу и по форме переживания. Вторая особенность психики — её связь с реальным миром. Причём не только с внешним, но и с внутренним миром человека. В сознании человека единство реальности и её отражения представлено как ощущение и переживание. Переживание — это первичный акт познания, когда отражение реальности связывается в сознании человека с его личными мотивами и взглядами, поэтому учиться на чужих ошибках труднее, хотя нам и нередко приходится это делать. Знание должно быть пережито как собственный опыт освоения действительности, пусть даже и читательский. Чем разнообразнее этот опыт и более развито воображение человека, тем легче проникнуть в обстоятельства жизни других людей и тем самым воспользоваться их опытом. Материальная основа психических процессов • У всех здоровых людей строение мозга сходно, а психика индивидуальная у каждого. Почему так получается? Принадлежность каждого психического процесса конкретному человеку свидетельствует о нерасторжимости психического и физического начал. С одной стороны, необходимо признать, что психика, сознание, мысль — функции мозга. Наблюдения за пациентами, у которых мозг, в силу разных причин, не функционировал нормально, доказали, что личность человека существует до тех пор, пока «жив» его мозг. В противном случае мы наблюдаем «растительное» существование физического тела при полном отсутствии сознательных актов. Нарушения в функциях мозга приводят к нарушениям в психике. Почти при всех травмах мозга первой страдает речевая активность, как самое позднее, а значит, уязвимое и самое «нагруженное» человеческое приобретение. Ведь речь неразрывно связана с процессами мышления, памяти, общения и познания. 304 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции Одни травмы не затрагивают интеллектуальных способностей человека, но приводят к кардинальным изменениям в характере, личности. Другие — вызывают нарушения памяти, восприятия, речи, мышления, но личность человека, его отношение к себе и к миру не изменяются. По мнению известного психолога А.Р. Лурии, мозг представлен тремя важнейшими блоками. Первый блок - тонуса - расположен в глубинных отделах мозга. Здесь происходит регуляция химического обмена веществ в организме и возникают импульсы возбуждения и торможения, которые стимулируют и угнетают кору больших полушарий. Стоит подавить эти сигналы, как тонус коры снижается - и человек впадает в полусонное состояние, а затем и в сон. Второй блок - области теменно-затылочной коры - имеет прямое отношение к важнейшей психической деятельности - речи. Но человеческая личность в случае травм сохраняется, если только не затронут третий блок мозга - лобные зоны коры, отвечающие за мышление и другие высшие психические функции. Врождённое или приобретённое 59.1. Как богат и разнообразен мир! (Рисунок Херлуфа Бидструпа) • Какое врождённое качество присуще этому ребёнку? • Человек учится говорить, значит, речь -приобретённая черта. Но ни одно животное нельзя обучить членораздельной речи. Значит, чего-то врождённого не хватает. Чего? Врождённое и приобретённое присутствуют в каждом нашем действии. Социальное неравенство людей на протяжении всей истории человечества пытались объяснять наследственным, врождённым неравенством: так, потомственные аристократы — носители всего возвышенного, лучшего, духовного по факту рождения, а «кухаркины дети» — умственно ограниченны по определению. Или, скажем, имеется и такое мнение: женщины, в силу своей природной ограниченности, не способны к умственному труду, а мужчины, наоборот, должны быть успешны в творчестве, добывании материальных благ, призваны доминировать и развивать про- § 59. «Наука о душе» 305 гресс. Большинство этих предрассудков лишено каких-либо оснований, но они, к сожалению, до сих пор зачастую существуют в обыденном сознании. Сегодня, однако, общепризнано, что психика человека, его сознание, образ его мыслей зависят от условий жизни и деятельности, формируются в процессе развития и общения с другими людьми. Наблюдения за развитием психики ребёнка показали, что врождённые способности к прямохождению (даже несмотря на строение скелета), усвоению речи (несмотря на строение мозга и речевого аппарата) не будут реализованы вне системы специфического и своевременного человеческого обучения. Более того, для успешного усвоения каждого «урока» есть свой период развития (называемый сензитивным), до и после которого развитие соответствующей способности будет происходить либо с большими трудностями, либо не произойдёт вовсе. Пример и подтверждение этого — воспитанные животными так называемые дети-маугли. Они так и не смогли усвоить человеческие формы и способы жизни после того, как, отлучённые от животного мира, стали жить в человеческом обществе. С другой стороны, не все особенности человеческой психики можно объяснить воспитанием. Если отсутствуют наследственные предпосылки к развитию соответствующих способностей, они не могут быть реализованы при любых обстоятельствах. Человека, лишённого голосовых связок, нельзя научить говорить. 59.2. Маугли • Чему могут научиться дети-маугли? 306 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции Музыкальная, математическая, художественная, спортивная одарённость нередко в некоторых семьях передаётся по наследству из поколения в поколение. Например, близнецы, выросшие в силу обстоятельств в разных семьях и даже на разных континентах, отдают предпочтение одним и тем же цветам и фасонам в одежде, выбирают похожие специальности, даже называют детей одними и теми же именами. Иными словами, все психические способности должны иметь наследственные предпосылки, но реализоваться, хотя и в очень разной степени, они могут только в определённых условиях. Так, скажем, пока японцы не знали рояля, никто не ведал, что среди них могут быть талантливые пианисты. Личность каждого человека уникальна и неповторима. Мы рождаемся с разными способностями, задатками и преобладающими чертами характера. Очень важно, чтобы у каждого с рождения была возможность развиваться и проявлять себя в разных сферах жизни и деятельности. Это и было бы решением вопроса гармоничного единения биологического и социального аспектов природы человека. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Наука о психическом (духовном) мире человека называется психологией. Психика - это субъективное переживание отражённой в сознании реальности. Психика человека зависит от условий его жизни и деятельности, формируясь в процессе развития и общения с другими людьми. Психология, психическое ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Кого и что изучает психология? 2. • Что можно назвать материальной основой психических явлений? 3. • Что человек наследует от родителей, а чему учится у них и у других людей в течение жизни? 4. • Какие признаки человека отсутствовали, а какие были присущи детям-маугли и поче- му? До какого возраста ребёнок должен научиться ходить и разговаривать? 5. • На примерах докажите, что психические процессы отражения реального мира субъективны. Проанализируйте для этого ситуации после посещения музея, просмотра театральной постановки или кинофильма и т.д. 6. • Какие слова будут использовать в разговоре о поведении человека физиологи, а какие - психологи? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 60. Темперамент и характер 307 § 60. Темперамент и характер ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Существует четыре основных типа темперамента. Факт 2. У каждого человека свой уникальный характер. ' В чём противоречие? (Сравните разнообразие темпераментов и характеров.) Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Знаете ли вы, что такое человеческий темперамент? (Жизненный опыт, обществознание 6 класс) Попробуйте сравнить свой характер с характерами своих друзей. Различаются ли они? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Темперамент и его типы • Чем различаются темпераменты? Среди индивидуальных особенностей личности, которые ярко характеризуют поведение человека, его деятельность и общение, особое место принадлежит темпераменту. Каждому человеку присущ свой, индивидуальный тип эмоционального реагирования на жизненные ситуации. Некоторые люди — живые и подвижные, другие — медлительные и уравновешенные, одним свойственны порывистость и горячность, а другим — спокойствие и безмятежность. Совокупность черт личности человека, характеризующих его индивидуальный тип активности, степень выраженности двигательных проявлений и уровень эмоциональности, в психологии называется темпераментом. Впервые темперамент подробно описал замечатель ный древнегреческий врач Гиппократ. Предложенны- 60.1. Событие одно, а реакции на него у владельцев головных уборов разные (рисунок Херлуфа Бидструпа) • Какой тип темперамента у каждого из них? 308 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции ми им названиями мы пользуемся до сих пор, хотя причины различии темпераментов объясняем уже иначе. Современное понимание темпераментов ближе к тому, как это понимал великий немецкий философ XVIII века И. Кант. Он писал, что у сангвиника преобладает стремление к наслаждению, меланхолик склонен к печали, холерик замечательно энергичен и деятелен, пока находится под воздействием страсти, но страсти его быстротечны и проходящи, и только флегматик, один из всех перечисленных, склонен думать, сохранять хладнокровие и стойко переносить невзгоды. (А теперь догадайтесь, к какому типу темперамента относил себя Кант?) Эти характеристики уже можно назвать психологическими, поскольку они отражают особенности и поведения, и мышления, и переживаний. Но научно обосновать особенности типов темперамента удалось И.П. Павлову. Он предположил, что темперамент зависит от свойств высшей нервной деятельности. Во-первых, от силы нервной системы, под которой понимают её способность выдерживать большие психические нагрузки. Во-вторых, от уравновешенности нервной системы, в которой процессы возбуждения и торможения могут протекать с одинаковой силой либо один из процессов преобладает. И в-третьих, от подвижности нервной системы, то есть способности процессов возбуждения и торможения быстро сменять друг друга. И.П. Павлов пришёл к выводу, что в основе каждого типа темперамента лежит определённое соотношение описанных выше свойств, которое было названо типом высшей нервной деятельности (табл. 5). Таблица 5 Типы темперамента по И.П. Павлову Основные типы высшей нервной деятельности Свойства нервной системы Сила Уравновешенность Подвижность Сангвиник Сильный Уравновешенный Подвижный Флегматик Сильный Уравновешенный Инертный Холерик Сильный Неуравновешенный Подвижный Меланхолик Слабый Неуравновешенный Инертный Психологов интересует, как темперамент влияет на динамику психической жизни человека. Для этого необходимо знать психологические признаки темперамента. Рассмотрим их. Сензитивность (чувствительность) определяется по наименьшей силе воздействия, которая необходима для возникновения у человека той или иной психической реакции. Реактивность проявляется в том, с какой силой и энергией человек реагирует на воздействие. Активность определяется той энергией, с которой сам человек воздействует на окружающий мир, его настойчивостью, сосредоточенностью внимания. § 60. Темперамент и характер 309 Важно также соотношение активности и реактивности в поведении человека: сознательный выбор линии поведения или спонтанные поступки под влиянием внешних причин. Эмоциональная возбудимость определяется минимальной силой стимула, необходимой для возникновения бурной эмоциональной реакции. Темп психической реакции, пластичность и ригидность (косность) проявляются в том, насколько легко и быстро человек приспосабливается к внешним воздействиям. Темперамент проявляется в особенностях общения человека с окружающими. Так, сангвиник быстро устанавливает социальный контакт. Он почти всегда инициатор в общении, но своих приятелей легко меняет. Флегматик социальные контакты устанавливает медленно, свои чувства проявляет скупо. Зато он устойчив и постоянен в своём отношении к другому человеку. Холерик рвётся к общению, склонен переоценивать собеседника, но также легко меняет своё отношение к нему. Именно про таких людей говорят: «От любви до ненависти — один шаг». Меланхолик тяжело входит в новую компанию и сильно расстраивается при малейшем несоответствии ожидаемого и действительного. Размышляя о собственном темпераменте, следует помнить, что «чистых» типов в природе практически не существует, чаще всего у человека сочетаются черты разных темпераментов с преобладанием какого-то одного. Не следует путать свойства темперамента и черты характера. Честность, трусость, доброта, отвага присущи любому типу темперамента, только проявляться они будут по-разному. А значит, не существует «плохого» или «хорошего» типа темперамента, как не бывает плохого размера ноги или хорошего цвета глаз. Темперамент и характер • Как воспитание влияет на характер? Темперамент — одна из главных природных предпосылок формирования характера. Характером называют совокупность устойчивых черт личности, которые проявляются в типичных для человека способах поведения — в манерах, привычках, складе ума, в отношении к происходящим событиям. Часто мож но услышать, что с характером люди уже рождаются, а воспитание его только шлифует. Отчасти это действительно так, если учитывать, что физиологическую основу характера составляет темперамент, или тип высшей нервной деятельности. Да и сам характер формируется в раннем детстве, поэтому у взрослого человека он меняется уже с большим трудом и человека можно «сломать», перевоспитывая: назидательные «уроки» следует преподносить ему тактично и осторожно. От воспитания и развития человека зависит, позитивную или негативную направленность приобретут свойства его темперамента. «Чувствительность» к внешним воздействиям избирательна и определяется 310 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции 60.2. У этих персонажей разные темпераменты • Опишите темперамент каждого из изображённых на рисунке героев мультфильмов. не только физиологией, но и нашими мыслями, чувствами, ситуацией, субъектом воздействия. Дети, как правило, остро реагируют на любую несправедливость, а взрослые могут остаться равнодушными, если дело не касается их лично. Активность может стать основой упрямства, а может — упорства. Пластичность может проявиться как приспособленчество или же как дипломатичность. Сознание, психика человека, накапливая знания и опыт через переживание событий, определяют развитие и изменчивость личности в целом и её характера в частности. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Каждый человек рождается с определённым темпераментом. Но формирующиеся на его основе черты характера сильно зависят от воспитания. Темперамент, характер ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое темперамент? 2. • Какие типы темпераментов вы знаете? 3. • В каких «отношениях» находятся темперамент и характер? Лень - это черта харак- тера или проявление темперамента? 4. • «Жизнь прекрасна!», «Я так и знал», «Скорей-скорей!», «Куда спешить?». К какому типу темперамента больше подходит каждое из этих выражений? 5. • Что удалось доказать И.П. Павлову, соотнеся типы темперамента и типы высшей нервной деятельности? 6. • Надо ли воспитывать взрослых людей? 7. • Всеми ли чертами своего характера вы довольны? Какие из них вы в будущем поста- раетесь изменить? 8. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 61. Эмоциональный мир человека 311 § 61. Эмоциональный мир человека ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Маша: Сегодня ясный, безоблачный день, тепло. Ира: Сегодня замечательная погода. • В чём отличие этих высказываний? (В каком из них говорится о погоде, а в каком об отношении к ней человека?) Предположите, чему будет посвящён параграф. Сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Можно ли сказать, что эмоции - это эликсир молодости? (Жизненный опыт, обществознание, 6 класс) • Что такое стресс? (§ 48) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Зачем нужны эмоции? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Вы когда-нибудь обращали внимание на то, как по-разному проявляют эмоции дети и взрослые? Насколько ярче, активнее дети выражают свои чувства, как бурно они реагируют даже на какой-нибудь пустяк? Оказывается, это не случайно. Дети стремятся быстро и активно понять окружающий мир во всём его многообразии и должны сориентироваться в нём, не имея ни знаний, ни опыта. Нельзя познать, не испытав эмоциональных переживаний. Эмоции — это ключ к познанию мира, ведь в эмоциях отражается жизненная значимость действующих на человека явлений и ситуаций. Эмоции — это отражение реальности в форме пристрастного переживания жизненного смысла явлений и ситуаций. Одна из главных функций эмоций состоит в том, что они помогают ориентироваться в окружающей действительности, оценивать предметы и явления с точки зрения их желательности или нежелательности, полезности и вредности. По мнению физиологов, эмоция возникает тогда, когда появляется рассогласованность между тем, что ожидает человек, и тем, что имеет место на самом деле. Велико значение эмоций и в тех случаях, когда требуется мгновенная мобилизация всех сил и возможностей организма. Ярость, восторг, отчаяние включают механизм общего адаптационного синдрома — стресса, что и позволяет человеку совершить невозможное в обычных условиях: не чувствовать боли, холода, избавиться от страха или в упоении творить, забыв о еде и усталости. Но эмоции обладают и собственной ценностью для человека. У него есть самостоятельная потребность в эмоциональных переживаниях, в 312 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции 61.1. Выражения эмоций • Какие эмоции изображены на рисунке? эмоциональном насыщении. Причём человеку необходимы не только положительные, но и отрицательные эмоции. Не зря говорят, что, «не испытав горечи, не познаешь и радости». Чем чаще человек испытывает положительные эмоции, чем ярче и непосредственнее выражает их, тем моложе он себя ощущает. Способность испытывать сильные эмоции — удивление, восхищение непреходящей новизной мира, искреннюю горечь от собственных утрат или чужой боли — это свойство молодой, даже детской, развивающейся психики. Усталое равнодушие, довольство достигнутым благополучием, солидная невозмутимость — признаки психики, остановившейся в своем развитии, окостеневающей от недостатка новых впечатлений. Настроение - длительное эмоциональное состояние • Что значит плохое настроение? Эмоциональные переживания могут быть непродолжительными и длительными, а также отрицательными и положительными. Примером длительного эмоционального переживания служит настроение. Оно, как скрипичный ключ, определяет тональность всей психической жизни человека на продолжительный, но ограниченный период. Хорошее или плохое настроение может сохраняться, например, на протяжении всего дня, недели, а иногда настроение может меняться несколько раз в течение дня. Зачастую трудно объяснить даже самому себе, что определило сегодняшнее настроение: погода, внутренние ожидания, физическое состояние. Самонаблюдение и анализ причин возникновения хорошего или плохого настроения могут помочь найти собственные индивидуальные способы выхода из хандры, преодоления беспокойства, слезливости или агрессивности. Например, закодировать свою психику реагировать на какую-то ключевую фразу — и тем самым влиять на своё душевное состояние. Помните знаменитую фразу Скар-летт О'Хара из книги М. Митчелл «Унесённые ветром», которую она говорила себе в момент растерянности и бессилия: «Нет, сейчас я не буду об этом думать! Об этом я подумаю завтра»! Чем не способ? § 61. Эмоциональный мир человека 313 Чаще всего наше настроение зависит от успешности нашей деятельности, от внешней обстановки, от отношений с другими людьми. Но хорошо бы не забывать, что каждый из нас является «другим» для кого-нибудь, а значит, может повлиять на чужое настроение. Аффект, стресс, депрессия • Какую эмоцию выражает удар кулаком по столу, а какую - внутреннее напряжение? Эмоции выполняют ещё одну, очень ценную для психики функцию — защитную. В момент запредельного внутреннего напряжения, когда расхождение между желаемым и возможным достигает критической точки и психике грозит разрушение или травма, эмоции срабатывают как спусковой клапан. Мощный заряд внутреннего напряжения выбрасывается вовне в виде краткосрочного всплеска негативных эмоций — аффекта. Аффект - это эмоциональная реакция разрядки, часто иррациональная, своего рода короткое замыкание, отключающее практически полностью рациональную оценку происходящих событий. В таком состоянии люди не осознают себя, не отдают себе отчёта в том, что делают, - всё работает на защиту своего внутреннего мира, своего «Я». Поэтому если человек находился в состоянии аффекта в момент совершения преступления, то это служит смягчающим вину обстоятельством в суде. Есть другая эмоциональная реакция разрядки, которая внешне проявляется очень похоже на аффект, - истерика. Она возникает по разным причинам. Иногда — после чрезмерных психических нагрузок, например, люди, мужественно и спокойно помогавшие другим во время стихийного бедствия, впадают в истерику, когда опасность уже позади. Но иногда причины возникновения истерики те же, что и причины аффекта, - невозможность получить, осуществить желаемое. В этом случае истерика - не защита психики от разрушения, а бурная демонстрация своего недовольства, хотя эмоциональная разрядка также присутствует. Это осознанное использование эмоционального воздействия на окружающих, способ манипулирования другими людьми. Ситуация неопределённости, вызванная затруднениями в достижении цели, часто вызывает стресс. Как вы помните, стресс — это неспецифический (то есть одинаковый для многих ситуаций) ответ организма на предъявленное ему требование, который мобилизует ресурсы организма на преодоление возникших трудностей. Выделяют несколько фаз стресса. Первая фаза — тревоги — связана с состоянием сильного напряжения и беспокойства. Она запускает следующую фазу — мобилизации разнообразных ресурсов организма на борьбу с появившимися проблемами. Как правило, это связано с возрастанием уровня обмена веществ. В другой фазе — сопротивления — организм борется с трудностями, расходуя при этом свои ресурсы. Но поскольку резервы не безграничны, реакция 314 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции стрес са не может продолжать ся нео пределён но дол го. Далее трудности либо преодолеваются, либо наступает фаза истощения. Она часто приводит к нервным срывам, но может привести даже к гибели (например, в случае болезни). Само возникновение и переживание стресса зависит не столько от объективных, сколько от субъективных факторов: насколько человек чувствует свое соответствие предъявленным требованиям. Как всякое приспособление организма к внешним воздействиям, стресс — явление положительное. Он является позитивным фактором жизни человека, способствует развитию личности, стимулирует её активность и приводит к преодолению стереотипных способов существования. Позитивное воздействие стрессовой ситуации можно ожидать, если сложные ситуации успешно преодолеваются. В противном случае длительное пребывание в стрессе может привести к нежелательному для человека явлению - депрессии. Для депрессии типичны чувство печали, сознание неуверенности, бессилия, безнадёжности, а иногда и отчаяния. Особой разновидностью депрессии являются состояния скованности и апатии, как бы временного оцепенения. К типичным для депрессии реакциям относят также возвращение к более примитивным, а нередко и к инфантильным (детским) формам поведения. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА В эмоциях отражается жизненная значимость действующих на человека явлений и ситуаций. Трудно преодолимая ситуация способна вызвать реакцию стресса. Длительное пребывание в стрессе может вызвать депрессию. В случае запредельного внутреннего напряжения нередко возникает эмоциональная реакция разрядки - аффект или истерика. Эмоции, аффект, стресс, депрессия ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Что такое эмоции? 2. • Как эмоции влияют на настроение? 3. • Как организм реагирует на трудности? 4. • Как мы узнаём о переживаниях другого человека? 5. • Почему нам кажется, что все жители США довольны жизнью? Всегда ли это соот- ветствует действительности? 6. • Почему физиологическое понятие стресса используют в своей работе психологи? 7. • Как вы считаете, можно ли обвинять человека за то, что у него возникает истерика? 8. • Хотите ли вы научиться лучше управлять своими эмоциями? Как вам это поможет в жизни? § 62. Тревога и тревожность 315 § 62. Тревога и тревожность ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Родители Саши: «Я так беспокоюсь за нашего Сашеньку! А он всё не звонит!» - восклицает мама. «Но ведь его самолёт по расписанию только через час приземлится», - отвечает папа. Мама Алёши: «Я считаю, что твоих знаний может не хватить для поступления в институт. Давай ты запишешься на подготовительные курсы». • В чём отличие этих высказываний? (В каком из них мама тревожится не зря?) Предположите, чему будет посвящён параграф? Сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что может вызвать у человека тревогу, тревожное состояние? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Тревога как эмоциональное переживание • Какая польза в отрицательной эмоции? Чаще всего термин «тревога» используется для описания неприятного психического состояния, которое характеризуется субъективными ощущениями напряжения, беспокойства, мрачных предчувствий, а с физиологической стороны сопровождается активизацией автономной нервной системы. Тревога как состояние в норме переживается каждым здоровым человеком в случаях, предполагающих отрицательный результат. Например, ученик, ожидая огласки учителем неудовлетворительной отметки за контрольную работу, переживает данное состояние тем острее, чем больше он видит собственных ошибок и неточностей. Тревога может играть положительную роль не только как важный показатель нарушения ощущения благополучия, но и как катализатор для включения резервов психики. Это состояние, будучи уникальной формой эмоционального предчувствия неуспеха, сигнализирует человеку о необходимости тщательно предусмотреть все основные условия предстоящего дела и способствует, таким образом, оптимальной подготовке к деятельности, наиболее соответствующей поставленным целям. Тревога часто предвосхищает и сопровождает стресс — и в этом её положительное значение, так как она выполняет здесь роль переходного мостика от спокойного состояния человека к большому эмоциональному всплеску. 316 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции 62.1. Тревожность • Почему тревожатся эти люди? Часто тревога вызывается внешними причинами, например, когда человек попадает в экстремальные условия, предъявляющие повышенные требования к его психике, связанные с неопределённостью исхода ситуации. Типичный пример — ощущение человека при катастрофах. Однако даже элементарное, но неожиданное изменение условий жизни и привычной деятельности вызывает в нас тревогу. Нередко её вызывает болезнь, беспокойство по поводу здоровья себя или окружающих. Усугубляют тревожное состояние утомление, действие на организм наркотических средств, принимаемых лекарственных и других препаратов, которые могут оказывать воздействие на психику. Однако возникновение тревоги часто связано с внутренними причинами, коренящимися в психике человека. Так, неверные представления о своём собственном «Я», завышенная или заниженная самооценка способны привести к тревожному состоянию. Человек может преувеличивать значимость какого-либо события, считая, например, очередной трудный экзамен едва ли не главным препятствием на пути к счастливой жизни. В этом случае ожидание негативных последствий приводит к повышенной тревоге, мешающей решить стоящие перед человеком проблемы. «Встать над ситуацией», переосмыслить её значение, установить последовательность решения поведенческих задач, перераспределив их по значимости во времени, — эффективный путь снятия состояния тревоги и формирования правильных способов её преодоления. § 62. Тревога и тревожность 317 Тревожность - черта личности • Есть ли у вас знакомые, обладающие такой чертой, как тревожность? Если человек часто и легко впадает в состояние тревоги, то можно говорить о психическом новообразовании — тревожности. Тревожность — личностная черта, возникающая при благоприятном для неё фоне свойств нервной и эндокринной систем. Но формируется эта особенность личности в процессе жизни прежде всего из-за нарушения форм межличностного общения, например между родителями и детьми. Личностная тревожность имеет хронический, не связанный с особенностями ситуации характер, входит в структуру свойств личности. Такие люди начинают нервничать даже перед тем, как пойти в магазин или поехать на общественном транспорте. В психологической сфере тревожность проявляется в снижении самооценки, решительности, уверенности в себе. Личностная тревожность влияет на побудительные причины поведения. Кроме того, подавляются социальная активность, принципиальность, стремление к лидерству, независимость, эмоциональная устойчивость, работоспособность. Управление эмоциями • Нужно ли управлять эмоциями? Правильное проявление своих эмоций — это существенный элемент культуры поведения, рационального распределения сил, защиты от сильного стресса. К сожалению, нас мало учат правильно выражать эмоции, что повышает уровень личных переживаний, может послужить внутренним источником стресса и повлиять на качество наших отношений с окружающими. Будучи древним механизмом приспособления, эмоции связаны с бессознательной сферой психики человека, но в определённой мере могут контролироваться разумом. В последнее время психологи заговорили о своеобразном «эмоциональном интеллекте». Умение управлять эмоциями — это способность человека понимать собственные чувства, ставить себя на место другого и контролировать эмоции для повышения собственной жизнестойкости. От этих обстоятельств и условий зависит характер проявления эмоций. Важную роль в этом процессе играет самосознание. Оно даёт человеку возможность управлять собой и эффективно справляться с возникшими трудностями. Ещё Аристотель говорил: «Каждый может проявить свой гнев — это просто. Однако показать свой гнев кому следует, в должной мере, в нужное время, по делу и адекватно ситуации — это уже не просто». Правильно выраженная эмоция — к месту и ко времени — благо. Как показали исследования американских психологов, успех в жизни 318 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции 62.2. Одни люди умеют управлять своими эмоциями, другие - нет • Кто из изображённых людей умеет управлять своими эмоциями? на 80% зависит от умения управлять своими чувствами и эмоциями и всего лишь на 20% — от интеллекта. Повышение эмоциональной стабильности может быть достигнуто через своеобразный внутренний диалог, ведь наши чувства есть отражение нашего понимания ситуации и проблем. Каждый человек в состоянии убедить сам себя в том, что даже очень трудная ситуация небезнадёжна, что существует множество способов выхода из неё. Другой способ «настройки себя» — повышение доли положительных чувств и эмоций. Важно сосредоточить внимание на тех особенностях окружающего мира, которые нам приятны, ведь вокруг нас всегда можно найти так много хорошего. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Тревога - это эмоциональное переживание, позволяющее нам ощущать нарушение благополучия. Но она может перерасти в тревожность - личностную черту, проявляющуюся в лёгком и частом возникновении состояний тревоги. Научиться управлять своими эмоциями - одна из важнейших задач культурного человека. Тревога, тревожность ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Что такое тревожность? 2. • Когда и в каких условиях у человека развивается тревожность? 3. • Как можно научиться управлять своими чувствами и эмоциями? 4. • Дети непосредственны в выражении своих эмоций. Почему взрослые не могут поступать так же? 5. • Можно ли совсем избавиться от тревог? 6. • Каким качествам личности, описанным в этом параграфе, вам ещё предстоит научиться? 7. • Поработайте в паре: пусть один приводит случаи из жизни, в которых мы сталкиваемся с тревогой, а другой - с тревожностью. М § 63. Две стороны одной медали 319 § 63. Две стороны одной медали ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Мир женщин и мир мужчин - два мира одной планеты. Факт 2. Мужчины имеют столь же преувеличенное представление о своих правах, как женщины - о своём бесправии. Эдгар Хау • О чём свидетельствуют эти высказывания? Предположите, на какой вопрос вы будете искать ответ в этом параграфе, и сравните с формулировкой авторов (с. 333). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Чем могут определяться разные особенности характеров мужчины и женщины? (Жизненный опыт, § 56-62, обществознание, 8 класс, § 11) • Каковы различия в строении организма мужчин и женщин? (§ 56-57) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Весь мир - театр, а люди в нём - актёры • Постарайтесь объяснить, что означает название рубрики, выскажите предположение. • Чтобы проверить своё предположение, прочитайте текст, ведя диалог с автором: В - задайте вопрос к тексту; О - предположите ответ; П - проверьте себя по тексту. • После чтения текста сравните ваши предположения с прочитанным и сделайте вывод. Разделение труда, как мы знаем, существует на клеточном уровне и очень широко используется на уровне организмов. О (Попытайтесь вспомнить изученные случаи.) Один из ярких примеров разделения труда - воспроизведение рода и воспитание потомства. В (В чём его суть?) Мужчина добывает еду, защищает дом, женщина рожает детей и ухаживает за ними. И это замечательно, потому что одному человеку справиться со всеми обязанностями не под силу. А если бы не было такого чёткого разделения обязанностей? О (Попытайтесь предположить. А в жизни такое встречается?) В наше время встречаются семьи, где и муж, и жена поглощены работой (то есть оба — «кормильцы»), а дети предоставлены сами себе или гувернанткам, и даже бывает, что постоянно голодны при полном достатке. Сделаем вывод: и в семье должно быть разделение труда! П (Теперь понятен смысл разделения обязанностей в семье?) В (Какими качествами должны обладать мать и отец?) О (Попытайтесь предположить.) Роль матери-воспитательницы достаточно консервативна. Поскольку для безопасности долго растущих и обучающихся детей лучше, чтобы они в полной мере не соприкасались с опасностями внешней среды, женщина хранит атмосферу «гнезда», «среды обитания» семьи. С агрес- 320 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции сивной внешней средой больше взаимодействует физически более сильный, решительный мужчина, способный ежедневно рисковать, защищая своё «гнездо», обеспечивая пищей семью. Такое положение вещей на первый взгляд ставит женщину в зависимое положение. В (Согласны?) На самом деле это не так. Существует присказка: «Муж в семье голова, а жена — шея: куда голову повернёт, туда она и смотрит». В (В чём смысл этой присказки?) О (Попытайтесь предположить, какими в соответствии с ней должны быть женщина и мужчина?) Таким образом, влияние более слабой женщины на семейные дела не меньше, чем сильного мужчины, только способы воздействия — иные. «Сильный» — приказывает, давит, а «слабый» — владеет искусством дипломатии и убеждения. Поскольку роль «сильного» в течение многих веков исполняли мужчины, их характер в среднем более жёсткий, менее эмоциональный. Известно, что мягкий человек, занявший руководящий пост, вскоре становится гораздо более жёстким или теряет пост руководителя. У женщины другой удел — смягчать жёсткость мужчины, обеспечивать стабильность, мир в семье ради своих детей. Вот почему женщина в совершенстве владеет искусством дипломатии, «обходного маневра», редко добиваясь своего прямым давлением. Это — роли, предписанные природой, сложившиеся за миллионы лет, поэтому нет причин ни для хвастовства, ни для комплексов в том, что роли полов различаются. П (Теперь понятны особенности двух полов?) В (Всегда ли в современной жизни проявляются такие особенности? А надо ли каждому полу знать и понимать особенности другого пола? А зачем? Насколько это важно?) Каждому - своё • С какими ещё мифами о женщинах и мужчинах вы сталкивались? Мужское и женское начала уравновешивают, дополняют друг друга, и только там есть гармония, где они счастливо сотрудничают, а не ведут «холодную войну». Гормональная и генетическая основа пола составляет в каждом из нас часть личности. Так что же, удел женщины — зависимость от мужчины? Человек очень активно меняет среду своего обитания, а вслед за ней меняются и законы существования. Уже давно физическая сила перестала играть ведущую роль в обеспечении семьи, и воспитание детей не отнимает так много времени, как раньше. Стало ясно, что творческий потенциал, заложенный в женщине, не меньше мужского, и в современных условиях он может быть реализован через труд, соответствующий способностям каждой женщины. Но стремление к лидерству, присущее мужчине, привело к тому, что «сильный пол» стал удерживать свои позиции с помощью социальных механизмов — запрещая женщине получать высшее образование, занимать руководящие посты, создавая мифы о том, что удел женщины только семья и на большее она не способна. § 63. Две стороны одной медали 321 Мифы действуют на подсознание людей, они помогают видеть вещи в определённом свете даже тогда, когда этот взгляд не соответствует действительности. Кроме того, в отличие от сказок мифы содержат в себе не только выдумку, но и часть правды. Для многих женщин семья и дети действительно важнее всего на свете, и ради них они могут на время отказаться от реализации собственного потенциала, «смирившись» с лидерством мужчины. Но ограничение прав и свобод женщин вызывало у них справедливое возмущение, они стали бороться за свои права и доказали, что не только способны к творческому труду, но и могут быть яркими руководителями, политиками, возглавлять государства. 63.1. Семейные обязанности (рисунок Херлуфа Бидструпа) • Есть ли разделение труда в этой семье? В нашей стране в течение 70 лет создавался иной миф — о суперженщине: общественнице, передовике производства, спортсменке, комсомолке, красавице, при этом матери-героине, образцовой домохозяйке и воспитателе подрастающего поколения. Как вы можете заметить, на долю мужчин оставалось только убеждение в том, что они более сильные и умные, и гордость за советских женщин. Они с удовольствием уступили женщинам такие профессии, как, например, укладчик асфальта, оставив за собой, впрочем, львиную долю руководящих постов. Выполнить же условия мифа о суперженщине физически невозможно, и с крушением социалистического строя мы вернулись к мифическим убеждениям об ограниченности женщин. Что же делать? Для того чтобы выйти за пределы мифологического мышления, нужно говорить не о мужчинах и женщинах вообще, а каждый раз рассматривать и иметь в виду конкретную личность, обращая внимание не на её пол, а на соответствие той должности и работе, на которую эта личность претендует. 322 Глава 5. Мысли, чувства, эмоции Основа общества не парламент, а семья • Объясните, почему авторы дали такое название рубрике. А что же семья? Домашний труд — тяжёлый, монотонный и непрестижный. Воспитание прекрасных детей, создание тёплого уютного дома считается само собой разумеющимся. А ведь сделать это и одновременно реализовать другие свои способности не многим удаётся. Удивительно, что медаль «Мать-героиня» присуждают только матерям, у которых 10 детей. А легко ли вырастить пятерых? Необходимо повышать престижность домашнего труда, поощрять родителей, успешно воспитывающих трёх и более детей. Но мы убедились в том, что создание семьи невозможно без разделения труда. А как разделить домашний труд между родителями? На то мы и «разумные», чтобы суметь соответствовать изменившейся обстановке. Сейчас есть счастливые семьи, где женщина зарабатывает деньги, а мужчина ведёт домашнее хозяйство и воспитывает детей, и семьи, где труд по ведению хозяйства и воспитанию детей распределён между супругами поровну, что позволяет обоим работать, и традиционные семьи, где «кормилец» — мужчина. Часто основную роль в формировании семейного уклада играют обстоятельства — сочетание характеров, обеспеченность работой и, самое главное, совпадение представления о роли женщины и мужчины в семье у обоих супругов. В связи с этим необходимо воспитать в детях культурные установки относительно разделения ролей в семье. Как это сделать? Важно, чтобы родителям детей было хорошо вместе, чтобы они понимали, что, несмотря на сходство и различие в мышлении женщин и мужчин, достоинства одних есть прямое продолжение недостатков других и только рядом друг с другом они обретают душевное спокойствие. А когда ты счастлив, уже не имеет значения, кто главнее — мужчина или женщина. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какова биологическая роль мужчины и женщины? 2. • Почему мужчины обычно сильнее женщин? 3. • Существуют ли, на ваш взгляд, «мужские» и «женские» профессии? 4. • Почему растёт количество разводов в развитых странах? 5. • Почему в развитых странах невелико количество многодетных семей? 6. • Какие меры вы предложили бы Государственной думе для увеличения рождаемости в нашей стране? 5^ 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 64. Психологические особенности человека. Повторение 323 § 64. Психологические особенности человека. Повторение Вопросы для повторения 1. • Чем отличается описание жизненной ситуации физиологом и психологом? 2. • Что обозначают понятия «темперамент» и «характер», чем они различаются? 3. • Приведите примеры литературных героев с различными темпераментами. 4. • Как знание темперамента человека может помочь в общении с ним? 5. • Что такое эмоции и как они помогают человеку и его собеседникам? 6. • Почему состояние аффекта при совершении преступления рассматривается судом как смягчающее обстоятельство? 7. • Чем тревога отличается от тревожности? 8. • Как вы считаете, достигнуто ли равенство полов в нашем обществе, должна ли про- должаться эмансипация женщин? 9. • Какую программу укрепления семьи и увеличения рождаемости в нашей стране вы бы поддержали? Что означают эти понятия? Психология, психическое, темперамент, характер, эмоции, аффект, депрессия, тревога, тревожность. ^ Жизненная задача 5 Название. Предэкзаменационная тревога. Ситуация. Сестра испытывает неконтролируемую тревогу перед экзаменом. Роль. Заботливый брат. Результат. Беседа с сестрой, которая помогла бы ей успокоиться перед экзаменом. Нужно попытаться подобрать слова, снижающие значимость предстоящего события, повышающие самооценку сестры и в конечном итоге уменьшающие тревогу сестры. ^ Завершаем работу над проектом «Научился сам - научи младшего» ИД По мере изучения биологии в 8-м классе вы знакомились с правилами здорового образа жизни и опасностями, которые угрожают нашему здоровью. По мере изучения учебника вы пытались формулировать и иллюстрировать эти правила так, чтобы они были доступны для младших школьников, например для ваших младших братьев и сестёр. Вы познакомились и с психологическими особенностями человека, которые также очень важны для сохранения здоровья. В конце года можно устроить конкурс самых лучших иллюстраций и лучших текстов о правилах здорового образа жизни. При возможности используйте для сбора информации и оформления работы компьютер. 324 Заключение к учебнику Заключение к учебнику Дорогие ребята! Подходит к концу 8-й класс, а вместе с ним и учебник о человеке. В этом учебнике мы попытались познакомить каждого из вас с тем, как устроен ваш организм. Мало кто из людей, если, конечно, это не биолог по профессии или не врач, представляет себе, какие удивительные события происходят каждую секунду внутри его собственного тела. Учебник содержит только начальные знания о строении тела человека, но мы надеемся, что вам было интересно и вы продолжите знакомство с собственным телом. Это не только интересные, но и полезные знания. Они помогут вам оказать первую помощь своим близким или прохожему на улице, понять, к какому врачу необходимо обратиться, когда что-то болит, какие лекарства можно использовать в экстренных случаях без рекомендации врача, а какие можно употреблять только после назначения. Теперь вы знаете, что нагружать своё тело и мозг очень полезно, потому что каждый орган, как и любой механизм, портится от простоев. Однако неспроста среди семи изречений — уроков жизненной мудрости на стенах дельфийского храма в Древней Греции два были посвящены чувству меры: «Мера — важнее всего» и «Ничего сверх меры». Нагружать свой организм необходимо, но нужно помнить о мере: чрезмерные нагрузки, особенно в вашем возрасте, когда организм интенсивно растёт, могут сильно повредить здоровью. А здоровье это очень важно, нам только кажется, что наше здоровье - наше личное дело. Нездоровье человека сказывается и на его близких, и на окружающих его людях. Вредные привычки людей ломают порой здоровье и жизни их детей, родителей, а иногда коллег и соседей. Вот и получается, что здоровье каждого из нас — залог здоровья нации. Здоровье это очень важно, в том числе и потому, что, как известно, «в здоровом теле — здоровый дух». Но есть множество примеров того, как сила духа, необходимость помочь другим людям, желание жить помогали людям справляться с тяжёлыми, казалось бы неизлечимыми заболеваниями, выдерживать нечеловеческие условия концентрационных лагерей, побеждать тогда, когда победить невозможно. Здоровье, желание жить, сила духа, оптимизм помогут вам преодолеть любые трудности, добиться больших успехов в любом труде. Каким образом связаны здоровое тело и здоровый дух, более или менее понятно, а вот каким образом сила духа и оптимизм влияют на здоровье, предстоит выяснить вам! Будьте здоровы! Авторы Предметный указатель 325 Предметный указатель Авитаминоз 21 0 Артикуляция 167 Автоматия сердца 61,63 Атавизм 9-10 Адаптация 176 Атеросклеро'з 73, 47 Адреналин Аккомода' ция 117 Атлант 133-134 272-273 АТФ 37, 223 Акромега'лия Аксон 115 Аутоантитела' Аутоимму'нные заболеван! 244 84-87 ия 244 Активный образ жизни 74, 176 Аффект 313 Активный транспорт 217 Ацетилхолин 109 Аллерген 244 Базофил 51 Аллергия 244 Барабанная перепонка Белки 28-30, 31,203- 277-278 Альвеола (зубная лунка) 184 204, 224-225 Альвео'лы лёгких 167, 169, 172-173 Белковое голодание 203 Амила'за 186, 196 Белое вещество мозга 91 Аминокислоты 28, 123, 203-204, Беременность Бинокуля' рное зрение 293-295 224-225 274 - заменимые 204 Биологически активные - незаменимые 204 вещества 107-109 Анализ крови 52 Биологические часы 261 Анализ мочи 219 Биосоциальное существо 12 Анализатор - вестибуля'рный 266 Близнецы 296 281 Близорукость 274-275 - вкусовой 286 Болезнь 247 - зрительный 273 Боль 287 - обонятельный 284 Большие полушария мозга 105-106 - слуховой 279 Большой круг кровообращения 56-58 Анатомия 12 Ботулин 201 Анемия 48, 213 Бронхи 167 Антигены 242-245 Бронхиолы Брыже' йка 167 Антидиуретический гормо' н 218, 234 193 Антикоагуля' нты Антитела' 5 51 Вакцинация 245 .4, 241 -245 Вдох 122- 123, 170-171 Аорта 57 Венозная кровь 57-59 - брюшная 57 Вены 58, 67-68 - дуга аорты 57 Верхние дыхательные пути 165-166 Аппарат Го'льджи 34, 37 Вестибуля'рный аппарат 280-282 Аппе' ндикс 200, 241 Вилочковая железа 80, 110, 241 Аппендицит 200 Витамины 160, 200, 209-210, Артериальная кровь 56, 57, 59 21 2-21 3 Артериальное давление 69, 73, 74, - водорастворимые 210, 212 - диастоли'ческое (нижнее) 233-234 - жирорастворимые 210, 213 69 Вкус 183, 285 - систолическое (верхнее) 69 Вкусовой сосочек 285 Артерии 57, 59, 67, 68- -70, 73, 74, Вкусовые почки Влага'лище Внутренний скелет 285 75-77, 123 290 17, 131 326 Предметный указатель Внутренняя среда клетки 34 Внутренняя среда организма 44 Водители ритма сердца 63 Водянистая влага 272 Возбуждение 90-91 Волосяные луковицы 161-162 Ворота почки 214 Ворсттная система печени 58, 195 Ворсинки эпителия кишечника 199 Воспаление, воспалительная реакция 240 Всасывание 198-199 Вторичные половые признаки 297-298 Вывих 155 Выделительная система органов 18, 214-220 Выдох 122-123, 170-171 Гамета 289-290 Га'нглий 91 Гельминтсозы 202 Гем 47 Гемоглоби'н 47 Гепати!т 196 Гигиена 12 Гипервитаминоз 210 Гипертония артериальная 73 Гиперфу'нкция железы 111 Гипогликеми!ческий шок 117 Гиподерма (подкожная жировая клетчатка) 158,162 Гиподинами'я 73 Гипотала'мус 104-105, 110-111, 113-114, 233 Гипотония артериальная 73 Гипсофиз 105, 110-111, 114-115 Гипофункция железы 111 Глиа'льные клетки 84-85 Гликоген 31-32 Глоби'н 47 Глюкагон 117-117 Глюкоза 31-32, 116-117, 223-224, 232 Гной 240 Голосовые связки 166-167 Гомеоста'з 44, 231-236 Гормо'н роста (соматотропи'н) 115 Гормоны 108-111, 115-118 Гортань 166 Грудина 134, 136 Грудная клетка 134 Группы крови 53-54 Гумора'льная регуляция 107 Дальнозоркость 274-275 Двенадцатиперстная кишка 190, 193-194 Дендррит 84 Денти1н 184 Депрессия 314 Д^рма 159,160 Детство 297 Дефека'ция 201 Диабе'т 117 Диа'стола 64 Диафрагма 15, 170 Дифференцированная клетка 20 ДНК 29 Донор 53-54 Дуга аорты 57 Дыхание 164-174 - брюшной тип 171 - внешнее 164 - грудной (рёберный) тип 171 - клеточное 164 - лёгочное 164 - тканевое 164 Дыхательная система 17, 164-174 Дыхательный пигмент 47 Дыхательный центр 122-123 Евста'хиева труба 278 Жажда 235 Железы - молочные 114, 161 - пищеварительные 181 - поджелудочная 110-111, 114, 116-117, 194, 232 - половые 118 - потовые 110, 161 - предста'тельная 292 - сальные 162 - серные 161 - слёзные 110, 271 - слюнные 110, 182-183, 286 - смешанной секреции 110-111 - щитовидная 110-111, 114, 115 - экзокри'нные (внешней секреции) 110-111 Предметный указатель 327 - эндокрринные (внутренней секреции) 110-111 Желеобразная мембрана 281 Желудок 24, 190 Желудочки мозга 102-103 Желудочки сердца 62 Желудочный сок 190-191 Желчные пигменты 195 - билирубрин 195 - биливердрин 195 Желчный пузырь 194-195 Желчь 195 Жизненная ёмкость лёгких 172 Жирные кислоты 30, 205 - незаменимые 205 Заболевания дыхательной системы 176 Заболевания почек 219-220 Закаливание 176 Зародыш 293-295 Зигстта 289-290, 293 Зрачок 270 Зрительный нерв 269, 272 Зубная эмаль 184 Зубы 183-186 - молочные 184 - постоянные 184 Извитые канальцы 216, 217-218 - диста'льный 218 - проксима'льный 217 Иммуниза'ция 245 Иммунитет 238-245 - видовой 245 - врождённый 245 - гумора'льный 239, 242 - естественный 245 - искусственный 245 - искусственный активный 245 - искусственный пассивный 245 --клеточный 239, 243 - неспецифический 238-240 - приобретённый 245 - специфический 238-239, 241-244 Иммунологическая память 243 Иммунная система 238-245 Иммуниза'ция 245 Инстинкт 252-253 Инсулин 114, 116-117 Интерферо'н 239 Инфаркт 74 Искусственное дыхание 177-178 Истерика 313 Капиллярный клубочек 216-217 Капилляр 46, 48, 57-58, 67-68 Ка'риес 185-186 Кашель 167-168 Керат^ин 159, 161, 162 Кишечная бактериальная флсора 200 Кишечник - тонкий 193 - толстый 201 Кишечные инфекции 201-202 Кишка - двенадцатиперстная 193 - подвздошная 193 - прямая 201 - слепая 200 - тсощая 193 Клапаны вен 67, 70-71 Клапаны сердца 62-63 - полулунные 63 - створчатые 62 Клетка 34 Клетки иммунологической памяти 243 Клеточная (цитоплазмати'ческая) мембрана 34, 35 Ключница 135-136 Кожа 158-163 Колбочки (фоторецепторы) 268-269 Коллаг«;н 28, 138, 140, 142, 160, 162 Комплекс антиге'н-антите'ло 242, 243 Концентрация первичной мочи 217-218 Координация движений 125 Кора 91 Кора больших полушарий 105-106 Кстрковое вещество почки 216 Кости 136,138-140, 142 - губчатые 139 - плоские 138 - трубчатые 139 Костный мозг 139 - жёлтый 139 - красный 49,139 Коферме'нты 209 Кровеносная система 56-72 Кровотечения 75-77 328 Предметный указатель - артериальное 76 - задний 103-104 - венозное 76 - продолговатый 102-103 - внешнее 75 - промежуточный 104-105 - внутреннее 75 - спинной 94-97 - капиллярное 75 - средний 104 Круглое окно 278 Мозговое вещество надпо'чечников 117 Круглый мешочек 280 Мозговое вещество почки 215-216 Лёгкие 167, 169-173 Мозжечок 101, 103-104 Лёгочная артерия 59 Мозолистое тело 106 Лёгочная вена 59 Молочная кислота 149 Лейкоциты 45-46, 51-52, Моноцит 51 80 -81, 240-241 Мост 103 Лизоцрим 183 Моча 214-220 Лй1мфа 44, 78-79 - вторичная 217 Лимфатй1ческая система 78-81 - первичная 216 Лимфати1ческие узлы 79-80 Мочеви'на 196, 217, 224 Лимфоциты 51,81 -82, 241-244 Мочевой пузырь 214, 218-219 - В-лимфоциты 241-244 Мочеиспускательный канал 214 - Т-лимфоциты 241-244 Мочекаменная болезнь 219 - Т-ки1ллеры 243 Мочето'чники 214, 218-219 - Т-х^лперы 243 Мошстнка 291 Липаза 194 Мышечная ткань 22-23 Липиды 30, 35, 204, 225 Мышле'ние 258-259 Макрофа'ги 240, 243 Мышцы Макроэлементы 211 - антагон^исты 147 Ма'кулы 280 - гладкие 22-23, 124 Малокровие 48 - динамическая работа 148 Малый круг кровообращения 57, 59 - механизм сокращения 143-144 Матка 290-291 - сердечная 22-23, 61, 144 Маточная труба 290-291 - синерг^исты 148 Меланиин 160 - скелетные (поперечнополоса'тые) Меланхо'лик 308 22 -23, 145-150 Менструа'льный цикл 290-291 - стати'ческая работа 148 Мечников И.И. 240 Надгорта'нник 166 Миели'н 91 Надкостница 139, 140 Миелиновые оболочки 84-85, 91 Надпочечники 110, 114, 117-118 Микроворсинки эпителия Настроение 313 кишечника 199 Нейрогуморальная регуляция 113 Микротрубочки 38 Нейромеди^тор 86-87 Микроэлементы 211 Нейрон 83-87 Микседе'ма 115 - вставочный 89 Миндалины 166 - двигательный 89 Миока'рд (сердечная мышца) 22-23, - чувствительный 89 61, 144 Нейтрофил 51,240 Митохондрии 34, 37 Непрямой массаж сердца 178 Младенческий период развития 297 Нервная система 82-106 Мозг 92 -97, 101-106 - вегетативная 97-99 - головной 101-106 - парасимпатическая 97-99 Предметный указатель - периферическая 94 Паратгормон 234 - симпатрическая 97-99 П^нис 292 - центральная 93-94 Пепсрин 190-191 Нервная ткань 22, 23 Пепсиног^н 190 Нервный импульс 83, 85 Перелом 155 Нервные узлы 91 - закрытый 155 Нервные центры 91 - открытый 155 Нервы Перика'рд 62 - черепно-мозговые 104 Периста'льтика 189,191, 197 НефрсОн 216 Петля Г<^нле 217-218 Нёбо Печень 194- 196,223-225 - мягкое 182 Печёночные дольки 195 - твёрдое 182 Пиноцитоз 36 Нижние дыхательные пути 167-168 Пищеварение 180-200 Новорождённый 297 - внеклеточное 182 Ноготь 162 - пристеночное 199 Норадренали!н 117 Пищеварительная система органов 16, Обмен веществ 222 180-202 Оболочки глаза 271-272 Пищевод 166, 167, 188-189 Обоняние 283-285 Пищевой рацион 206 Обонятельный эпителий 283, 284 Плазма крови 45-46 Обратная связь 121 Плазматические клетки 242 Овальное окно 278 Пластический обмен 221-222 Овальный мешочек 280 Плацента 294 Овуляция 290-291 Плевра 170 Оксигемоглобин 47 Плевральная полость 170 Оплодотворение 293 Плечевой пояс 135 Опорно-двигательная система 17, Плод 295 131-151 Плоскостопие 154 Оптическая система глаза 2 72 Подкожная клетчатка (гиподерма) 158, Опухоль 249-251 162 - доброкачественная 250 Подкорковые ядра 106 - злокачественная (раковая) 250 Подростковый период развития 297 Органические вещества 26-33 Позвоночник 133-135 Орган 14 Половое размножение 289-290 Органы чувств 263-287 Половое созревание 297 Осанка 153-154 Половой член 292 Осязание 286-287 Половые гормоны 118 Отёк 240 Положительная обратная связь 121 Отолитовая мембрана 280 Полостнсте пищеварение 199 Отолиты 280 Полукружные каналы 280 Отравления пищевые 201 Пот 161 Отрицательная обратная связь 231-232 Почечная капсула (капсула Павлов И.П. 252-253 Бсоумена-Шумля'нского) 216 Палочки (фоторецепторы) 268-269 Почечная лоханка 216 Память 255-256 Почки 214-220 - кратковременная 256 Пояс нижних конечностей 135 - долговременная 256 Предсердия 62 330 Предметный указатель Придатки семенниксОв 292 Пристеночное пищеварение 200-201 Проводящая система сердца 63 Прогестерсон 114, 290 Пространственный слух 279 Прямая кишка 201 Психика 303 Психология 12, 302-303 Пульпа зуба 184 Пульс 68-69 Пупок 295 Пупочный канатик (пуповина) 294 Работа мышц 148 - динам^ическая 148 - стать1ческая 148 Радужная оболочка (ра'дужка) 270, 272 Разрыв связок 154-155 Рак 249-251 Растяжение связок 154-155 Рвота 191 Рёбра 134 Регуляция 231-236 - обратная связь 232 - прямая связь 231 Р^зус-фа'ктор 54 Репродукти1вная система 18, 289-298 Рефлекс, рефлекто'рная реакция 88 - безусловный 252-253 - коленный 90 - условный 253-254 Рефлектсорная дуга 89-90 Реце'птор 86, 89-90, 263 - белок 108-109 - вкусовой 285-286 - вестибуля'рный 280-281 - обонятельный 283-284 - слуховой 279 - такт^ильный 286-287 - фоторецептор 268-269 Реципие'нт 53-54 Речь 259-260 Рибосомы 36-37 РНК 30 Роговица 270, 272 Роды 295-296 Рудимент 9-10 Сангвриник 308 Свёртывание крови Связки Селезёнка Семенни'к Семенные канальцы 50-51 140-141 80 114, 291-292 292 Сердечная мышца (миока'рд) 21-23, 61, 144 Сердечный цикл 63-64 Сердце 61-66 Серое вещество мозга 91 Сетчатка 269, 272 Сеченов И.М. 222 Си'напс 74-75 Синапти'ческая щель 86 Система органов 15 Сристола 64 - желудочков 64 - предсердий 64 Скелет 131-137 Склера 270, 272 Слёзный проток 271 Слепая кишка 200 Слепое пятно 269, 272 Слоновая болезнь 78 Слуховые косточки 278 Слуховые проходы - наружные 277 Слюна 183 Собирательные трубочки 216, 218 Соединения костей - неподвижное 141 - подвижное 141 - полуподвижное 141 Соединительная ткань 22-23 Сознание 260-261 Сон 261-262 Сосудистая оболочка 271-272 Сосуды 56-58, 67-68 СОЭ (скорость оседания эритроцитов) 52 Сперма 292 Сперматозезид 290, 291-292 СПИД (синдрсзм приобретённого иммунодефицита) 243 Спинномозгова'я жидкость 94-95 Спинномозговой (позвоночный) канал 95 Предметный указатель Спирометр 172 Физиология 12 Стволовые клетки 21 Фильтрация 216-217 Стекловидное тело 272 Флегма'тик 308 Стресс 248-249, 313-314 Фолли'кул 290 - фазы 313-314 Форменные элементы крови 46 Суста'вная впадина 140-141 Характер 309 Суста'вная сумка 141 Химотрипсрин 194, 196 Суставы 140-141 Хи!мус 191 Сухожилия 140-141 Хоа'ны 166 Сфринктер 146-147 Холерик 308 Сы'воротка крови 51 Холестерин 73 Тала'мус 104 Хрусталик 272 Темперамент 307 Хрящ 23, 140 Терморегуля'ция 235-236 Центр вдоха 122-123 Тестостерсгн 114, 291 Центр выдоха 122-123 Тимус (вилочковая железа) 80, 110, Центр голода и насыщения 124 241 Центральная ямка 269, 272 Тирокси'н 114, 115 Цитоплазма 34-35 Тканевая жидкость 44 Цитоскелет 38 Ткань 21-23 Череп 132-133 Толстый кишечник 200 Чихание 168 Тонкий кишечник 193-194, 196-197, Шумы сердца 63-64 198-200 Экзоцитоз 36 Тоно'метр 69 Эласгрин 28, 160, 169 Торможение 90-91 Электрокардиограмма 65-66 Трахея 167 Электроэнцефалогра'мма 261 Тревога 313, 315-316 Эмоции 211-212 Тревожность 317 Эндокард 62 Трипсрин 190, 196 Эндокринная система 107-111, Трипсиног^н 191 113-118 Тромб 50-51 Эндоплазматическая сеть 36-37 Тромбоциты 46, 50-51 Эндотелий 67 Угарный газ 48 Эндоцито'з 36 Углеводы 31-32, 205-206, 223-224 Энергетический обмен 221-222 Улитка 278-279 Эозинофи'л 51 Утомление мышц 148-149 Эпидермис 158 Ухо Эпистрофе'й 113-134 - внутреннее 278-279 Эпителиа'льная ткань 22-23 - наружное 277 Эритроциты 46-48 - среднее 278 Эстроген 290 Ушные раковины 277 Ядро клеточное 38 Фагоцитоз 36 Язык 182, 186 Фагоциты 240, 242-243 Яичко 291 Фермент 29 Яичник 290 ФибрШн 51 Яйцеклетка 289-291 Фибриноген 50 332 Авторский вариант проблемных вопросов Авторский вариант проблемных вопросов § 1. В какой мере человека можно рассматривать как животное, а в какой - как социальное существо? § 2. Можно ли рассматривать организм как простую сумму систем органов? § 3. Может ли орган состоять из одного типа клеток? § 4-5. Какие особенности строения органических веществ дают возможность гетеротрофным организмам получать их из пищи и производить на их основе все вещества своего тела? § 6. Почему разнообразные химические реакции в клетке не мешают друг другу? § 8. Для чего нужна жидкая ткань - кровь? § 9. Чем функция крови похожа на функцию скорой помощи? § 10. Чем кровеносная система похожа на транспортную систему города? § 11. Почему не устаёт сердце, ведь оно работает всегда? § 12. Что заставляет кровь возвращаться к сердцу по венам? § 13. Как сохранить своё здоровье для себя, семьи и общества? § 14. Зачем нам две сосудистые системы? § 15. Почему в нервной системе используются в основном электрические сигналы? § 16. Каков механизм жизненно важных бессознательных действий человека и в чём их биологический смысл? § 17-18. Какие поцессы, идущие в организме, подвластны воле? § 19. Почему большие полушария мозга человека носят такое название и почему мозг человека и внешне сильно отличается от мозга других животных? § 20. Как взаимодействуют нервная и химическая (гуморальная) регуляции? § 21. Как взаимодействуют нервная и эндокринная системы? § 22-23. Как организовать «правильное» управление организмом? § 25. Как отразились на строении скелета человека прямохождение и развитие мозга? § 26. Как обеспечивается одновременно прочность и подвижность скелета? § 27-28. Как прикрепить мышцы к костям для организации сложных разнообразных движений? § 29. Почему физические упражнения положительно влияют на развитие всех систем органов? § 30. Каковы функции кожи? Авторский вариант проблемных вопросов 333 § 31. Что такое дыхание? § 32. Какова функция лёгких? § 33. Как уменьшить риск заболеваний и повреждений дыхательных путей? § 34. Как использовать «чужие» органические вещества для построения собственных? § 35. Как пища попадает в желудок и что там с ней происходит? § 36. Что происходит в кишечнике? Как специализация отделов кишечника и скорость переваривания связаны с его длиной? § 37. Как пищеварение и всасывание связано с площадью поверхности кишечника? § 38. На что тратится съеденная пища? Что такое рациональное питание? § 39. Какие вещества, кроме белков, жиров и углеводов, необходимы для жизни? § 40-41. Какова роль почек в организме и как они устроены? § 42. На что тратит организм получаемые с пищей вещества и что при этом в нём происходит? § 44-45. Как организм поддерживает постоянство своей внутренней среды? § 46-47. Человек калориен и вкусен для болезнетворных микроорганизмов, а его внутренняя среда постоянна и удобна для их жизни. Как уберечься от «нахлебников»? § 48. Как отличить здоровый организм от заболевшего? Какие есть для этого способы? § 49. Что же такое условный рефлекс? Можно ли свести к таким простым реакциям всё поведение человека? § 50. Чем человек отличается от животных? § 51. Что значит видеть и слышать? § 52-53. Как рождается зрительный образ? § 54. Каким образом сходно устроенные рецепторные аппараты, расположенные в ухе, могут воспринимать различные сигналы? § 55. Какие органы чувств, кроме глаза и уха, есть у человека? § 56-57. Как происходит оплодотворение и развитие человека? § 59. Как связана с мозгом психика человека? § 60. Почему существует всего четыре основных типа темперамента, а характеров столько, сколько людей? § 61. Что такое эмоция? § 62. Что такое тревога и тревожность? § 63. Чем отличаются женщины от мужчин и как им научиться жить вместе счастливо? 334 Содержание Содержание КАК РАБОТАТЬ С УЧЕБНИКОМ..............................................3 ВВЕДЕНИЕ..............................................................7 § 1. Человек - это звучит гордо......................................7 Часть 1. ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ..................13 Глава 1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ТЕЛА......................13 § 2. Организм - единое целое.........................................14 § 3. Клетки и ткани: «строительные материалы»........................20 § 4-5. Органические вещества - «универсальный конструктор»...........26 § 6. Разделение труда в клетке - основа её жизнедеятельности.........34 § 7. Строение и функции человеческого тела. Повторение...............40 Глава 2. КАК ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ОРГАНИЗМА....................43 § 8. «Река жизни» - кровь............................................45 § 9. Клетки крови на страже здоровья.................................50 § 10. Главная транспортная система организма.........................56 § 11. Неутомимое сердце..............................................61 § 12. Транспортные «магистрали» - сосуды.............................67 § 13. Человеческая жизнь бесценна....................................73 § 14. Лимфатическая система..........................................78 § 15. Нервные клетки - «живые провода»...............................82 § 16. Управление и координация в организме - главные функции нервной системы..................................88 § 17-18. Центральная нервная система.................................93 § 19. Головной мозг.................................................101 § 20. Управляющие вещества..........................................107 § 21. «Две власти»................................................. 113 § 22-23. Разумное управление организмом.............................119 § 24. Как обеспечивается целостность организма. Повторение..........127 Глава 3. ДВИЖЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ......................130 § 25. Надёжный каркас.............................................. 131 § 26. Кости, хрящи и суставы........................................138 § 27-28. Приводящие в движение..................................... 143 § 29. Чтобы не оказаться беспомощным............................... 152 § 30. «Доспехи» организма...........................................158 Содержание 335 § 31. Что такое дыхание и путь воздуха в лёгкие.......................164 § 32. Лёгочное дыхание и его роль в организме.........................169 § 33. Закаляйся, как сталь!.......................................... 175 § 34. Что такое пищеварение и что происходит с пищей в ротовой полости.180 § 35. Вперёд, к желудку...............................................188 § 36. Двенадцатиперстная кишка и её помощники........................ 193 § 37. Как питательные вещества попадают в клетки..................... 198 § 38. Чтобы жить - надо есть..........................................203 § 39. Мал золотник, да дорог..........................................209 § 40-41. «Умные» фильтры..............................................214 § 42. Судьба пищи в организме..........................................221 § 43. Движение и обмен веществ в организме. Повторение.................227 Глава 4. «ПОСТОЯНСТВО ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ЕСТЬ УСЛОВИЕ СВОБОДНОЙ И НЕЗАВИСИМОЙ ЖИЗНИ» (К. Бернар)..............................230 § 44-45. Постоянство превыше всего....................................231 § 46-47. Борьба с опасными «нахлебниками»..............................238 § 48. И вечный бой....................................................247 § 49. Рефлекс - простой элемент сложного поведения.....................252 § 50. Что делает человека человеком....................................258 § 51. Чем мы видим, слышим и чувствуем на самом деле...................263 § 52-53. «Окно в мир».................................................268 § 54. Зачем человеку уши..............................................277 § 55. Органы химического чувства и осязания............................283 § 56-57. Таинство рождения............................................289 § 58. Внутренняя среда, высшая нервная деятельность и воспроизведение. Повторение.......................................................299 Часть 2. ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА.........................301 Глава 5. МЫСЛИ, ЧУВСТВА, ЭМОЦИИ.......................................301 § 59. «Наука о душе» .................................................302 § 60. Темперамент и характер..........................................307 § 61. Эмоциональный мир человека......................................311 § 62. Тревога и тревожность...........................................315 § 63. Две стороны одной медали........................................319 § 64. Психологические особенности человека. Повторение................323 Заключение к учебнику.................................................325 Предметный указатель..................................................325 Авторский вариант проблемных вопросов.................................332 Вахрушев Александр Александрович, Родионова Елена Ивановна, Белицкая Гелена Эдиславовна, Раутиан Александр Сергеевич БИОЛОГИЯ 8 класс Концепция оформления и художественное редактирование — Е.Д. Ковалевская Художник — Александра Панаиотиди Подписано в печать 17.03.15. Формат 70x90/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура Журнальная. Объём 21 п.л. Тираж 6 000 экз. Заказ № Общероссийский классификатор продукции ОК-005-93, том 2; 953005 — литература учебная Издательство «Баласс» 109147 Москва, Марксистская ул., д. 5, стр. 1 Почтовый адрес: 111123 Москва, а/я 2, «Баласс» Телефоны для справок: (495) 672-23-12, 672-23-34, 368-70-54 https://www.school2100.ru E-mail: [email protected] Отпечатано в филиале «Смоленский полиграфический комбинат» ОАО «Издательство "Высшая школа”» 214020 Смоленск, ул. Смольянинова, 1