Физиологические системы организма

 

К физиологическим системам организма относятся: кровеносная, дыхательная, система пищеварения и выделения, нервная, эндокринная.

 

2.3.1. Кровеносная система

Кровь в организме человека выполняет следующие основные функции:

1) транспортную– в процессе обмена веществ переносит к тканям тела питательные вещества и кислород, а из тканей к органам выделения транспортирует продукты распада, образующиеся в результате жизнедеятельности клеток тканей;

2) регуляторную– осуществляет гуморальную (гумор– жидкость) регуляцию функций организма с помощью гормонов и других химических веществ и рефлекторную– вследствие гидростатического давления на нервные окончания (барорецепторы), расположенные в стенках кровеносных сосудов;

3) защитную– защищает организм от вредных веществ и инородных тел, кроме этого, при повреждении тканей телатромбоциты способствуют свертыванию крови, что останавливает кровотечение;

4) теплообмена– участвует в поддержании постоянной температуры тела.

Кровь состоит из жидкой части (плазмы) (55 %) и взвешенных в ней форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и др.) (45 %). Кровь имеет слабую щелочную реакцию.

Эритроциты – красные кровяные тельца, носители дыхательного пигмента –гемоглобина. Их 4–6 млн в 1 мм³ крови. Эритроциты переносят кислород из лёгких к тканям и частично углекислый газ – из тканей к лёгким.

Лейкоциты – белые кровяные клетки, их имеется несколько видов. В 1 мм³ крови содержится 6–8 тыс. лейкоцитов. Они способны проникать через стенки кровеносных сосудов в ткани тела и уничтожать болезнетворные микробы и инородные тела, попавшие в организм. Это явление называется «фагоцитозом».

Тромбоциты– кровяные пластинки. Их содержится 100–300 тыс. в 1 мм³ крови. Они защищают организм от потери крови. При повреждении тела и кровеносных сосудов тромбоциты способствуют свёртыванию крови, образованию сгустка (тромба), который закупоривает сосуд и прекращает потерю крови.

При регулярных занятиях физическими упражнениями или спортом:

–увеличивается количество эритроцитов и количество гемоглобина в них, в результате чего повышается кислородная ёмкость крови;

– повышается сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям благодаря повышению активности лейкоцитов;

– ускоряются процессы восстановления после значительной потери крови.

Кровеносная система состоит из сердца и кровеносных сосудов. Кровеносные сосуды составляют два круга кровообращения – малый и большой. Функциональным центром кровеносной системы является сердце, выполняющее роль двух насосов. Один (правая сторона сердца) – продвигает кровь по малому кругу кровообращения, второй (левая сторона сердца) – по большому кругу кровообращения.

Сосуды, которые несут кровь от сердца к органам и тканям, называются артериями, а сосуды, несущие кровь от периферии к сердцу, – венами. По мере удаления артерии ветвятся на более мелкие сосуды – артериолы, которые в свою очередь делятся на тончайшие кровеносные сосуды – капилляры, через стенки которых происходит обмен веществ между кровью и тканями. Далее из капилляров кровь переходит в венулы – мельчайшие венозные сосуды, из них – в вены и возвращается в сердце.

Сеть сосудов большого круга кровообращения пронизывает все ткани всех органов и частей тела человека. Сосудистая сеть малого круга кровообращения проходит только лёгкие, где кровь превращается из венозной в артериальную, то есть отдаёт в полость лёгких углекислый газ и насыщается кислородом.

Физическая работа способствует общему расширению кровеносных сосудов, нормализации тонуса их мышечных стенок, улучшению питания и повышению обмена веществ в стенках кровеносных сосудов.

Напряжённая умственная работа, малоподвижный образ жизни, особенно при высоких нервно-эмоциональных напряжениях, вредные привычки (курение, потребление алкоголя) вызывают повышение тонуса и ухудшение питания стенок артерий, потерю их эластичности, что может привести к стойкому повышению в них кровяного давления и, в конечном итоге, к гипертонической болезни.

Потеря эластичности кровеносных сосудов и сопутствующее этому повышение кровяного (артериального) давления могут привести к разрыву кровеносных сосудов. Если разрыв происходит в жизненно важных органах (в сердце, в головном мозге), то наступает тяжёлое заболевание или смерть.

Закон распределения крови в организме заключается в том, что кровь направляется в те органы и системы органов, которые в данный момент усиленно работают. Если же человек находится долгое время в неподвижном положении (стоит, сидит, лежит), то это приводит к длительным застойным явлениям в системе кровообращения и нарушению питания тканей неработающих органов или частей тела. Поэтому для сохранения здоровья и работоспособности необходимо активизировать кровообращение с помощью физических упражнений, в том числе и в режиме учебного дня студента (физкультминутки, физкультпаузы). Особенно полезное влияние на кровеносные сосуды оказывают занятия циклическими видами упражнений: бегом, плаванием, передвижениями на лыжах, на коньках и т. п.

Сердце–главный центр кровеносной системы, представляющий полый мышечный орган, обильно снабжённый кровеносными сосудами, совершающий ритмические сокращения, работающий по типу насоса, благодаря чему происходит движение крови в организме. Сердце работает автоматически под контролем ЦНС.

Сердце делится на левую и правую половины непроницаемой перегородкой. Правая половина перекачивает венозную кровь в малый круг кровообращения, левая перекачивает артериальную кровь в большой круг кровообращения. Поперёк сердце разделено на предсердия, которые находятся сверху, и на желудочки. Эти четыре камеры попарно соединены перегородкой, имеющей клапаны: правое предсердие – с правым желудочком, левое – с левым.

Важным показателем работы сердца является количество крови, выталкиваемое одним желудочком сердца в сосудистое русло при одном сокращении. Этот показатель называется систолическим объёмом крови(систола – сокращение). Систолический объём (мл) в покое равен: у нетренированных – 60, у тренированных 80; при интенсивной мышечной работе: у нетренированных – 100–130, у тренированных людей – 180–200.

Вторым важным показателем является минутный объём крови,то есть количество крови, выбрасываемое одним желудочком сердца в течение минуты. В состоянии покоя минутный объём крови составляет в среднем 4–6 л. При интенсивной мышечной деятельности он повышается у нетренированных до 18–20 л, у тренированных людей – до 30–40 л.

В положении лёжа и при быстрой ходьбе сердце нетренированного человека для того, чтобы обеспечить необходимый минутный объём крови, вынуждено сокращаться с большей частотой, чем у тренированного, так как систолический объём у него меньше.

При быстром беге сердце нетренированного человека, имея недостаточный систолический объём крови, даже при частоте сердечных сокращений (ЧСС) 200 ударов в минуту (предельная возможность) не может обеспечить минутный объём в 30 л крови, который необходим человеку при быстром беге. Поэтому нетренированный человек через несколько минут, а иногда и секунд после начала интенсивного бега, чувствует большое утомление и прекращает бег. Если же человек находится в условиях, когда прекратить бег невозможно и продолжает его, – наступает обморочное состояние.

Сердце при правильной тренировке не изнашивается, а наоборот, укрепляется. Секрет высокой работоспособности сердца тренированного человека – в сохранении строгого ритма работы и в том, что мышца тренированного сердца более густо пронизана кровеносными сосудами. Следовательно, в сердце лучше осуществляется питание мышечной ткани и её работоспособность успевает восстанавливаться во время кратчайших пауз сократительного цикла.

ЧСС, или артериальный пульс, является весьма информативным показателем работоспособности сердечно-сосудистой системы и всего организма.

Кровяное давление – это давление крови внутри кровеносных сосудов на их стенки. Измеряют кровяное давление в плечевой артерии, поэтому его называют артериальным давлением (АД). В норме для студенческого возраста в покое максимальное АД находится в пределах 100–130, минимальное 65–85.

Роль мышечного насоса ярко проявляется в явлении, которое называется гравитационным шоком.Если спортсмен, например, после финиша бега сразу остановится, то кровь под действием силы тяжести задержится в крупных венозных сосудах мышц ног, в которых прекратится действие мышечного насоса, и венозные сосуды будут широко раскрыты. Следовательно, сердце будет получать и направлять в сосудистое русло недостаточное количество крови. Давление крови и кровоснабжение головного мозга резко понижаются, человек бледнеет, появляется головокружение, и может наступить обморочное состояние.

Чтобы избежать наступления гравитационного шока, необходимо соблюдать следующее правило: после интенсивного бега или других циклических упражнений на соревнованиях или тренировочных занятиях переходить в состояние покоя, т. е. останавливаться, следует постепенно. Сначала необходимо, снижая скорость бега, пробежать 50–100 м, а затем в течение 3–5 мин передвигаться шагом, постепенно замедляя ходьбу.

2.3.2. Дыхательная система

Дыхание – это целый комплекс физиологических процессов, в реализации которых участвует не только дыхательный аппарат, но и система кровообращения. Дыхательная система включает в себя носовую полость, гортань, трахею, бронхи и лёгкие. В процессе дыхания из атмосферного воздуха через альвеолы лёгких в организм постоянно поступает кислород, а из организма выделяется углекислый газ.

Дыханием называется процесс потребления кислорода и выделения углекислого газа тканями живого организма. Его осуществляют две системы организма: дыхательная и кровеносная.

Различают внешнее (лёгочное) и внутриклеточное (тканевое) дыхание. Внешним дыханием называется обмен воздухом между окружающей средой и лёгкими, внутриклеточным – обмен кислородом и углекислым газом между кровью и клетками тела (при этом кислород переходит из крови в клетки, а углекислый газ, как один из продуктов обмена веществ, переходит из клеток в кровь).

Показателями работоспособности органов дыхания являются: дыхательный объём, частота дыхания, жизненная ёмкость лёгких, лёгочная вентиляция, кислородный запрос, потребление кислорода, кислородный долг и др.

Дыхательный объём– количество воздуха, проходящее через лёгкие при одном дыхательном цикле (вдох, выдох, дыхательная пауза). Величина дыхательного объёма находится в прямой зависимости от степени тренированности к физическим нагрузкам и колеблется в состоянии покоя от 350 до 800 мл. В покое у нетренированных людей дыхательный объём находится на уровне 350–500 мл, у тренированных – 800 мл и более.При интенсивной физической работе дыхательный объём может увеличиваться до 2500 мл.

Частота дыхания– количество дыхательных циклов в 1 мин. Средняя частота дыхания у нетренированных людей в покое – 16–20 циклов в 1 мин, у тренированных за счёт увеличения дыхательного объёма частота дыхания сни­жается до 8–12 циклов в 1 мин. У женщин частота дыхания на 1–2 цикла больше.

При спортивной деятельности частота дыхания у лыжников и бегунов увеличивается до 20–28 циклов в 1 мин, у пловцов – 36–45; наблюдались случаи увеличения частоты дыхания до 75 циклов в 1мин.

Жизненная ёмкость лёгких– максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после полного вдоха (измеряется методом спирометрии). Средние величины жизненной ёмкости лёгких: у нетренированных мужчин – 3500 мл, у женщин – 3000; у тренированных мужчин – 4700 мл, у женщин – 3500. При занятиях циклическими видами спорта на выносливость (гребля, плавание, лыжные гонки и т. п.) жизненная ёмкость лёгких может достигать у мужчин 7000 мл и более, у женщин – 5000 мл и более.

Лёгочная вентиляция– объём воздуха, который проходит через лёгкие за 1 мин. Лёгочная вентиляция определяется путём умножения величины дыхательного объёма на частоту дыхания. Лёгочная вентиляция в покое находится на уровне 5000–9000 мл (5–9 л). При физической работе этот объём достигает 50 л.В состоянии покоя человек потребляет 250–300 мл кислорода в 1 мин. При мышечной работе эта величина возрастает.

Наибольшее количество кислорода, которое организм может потребить в минуту при определённо-интенсивной мышечной работе, называется максимальным потреблением кислорода (МПК). МПК зависит от состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем, кислородной ёмкости крови, активности протекания процессов обмена веществ и других факторов. Для каждого человека существует индивидуальный предел МПК, выше которого потребление кислорода невозможно. У людей, не занимающихся спортом, МПК равно 2,0–3,5 л/мин, у спортсменов-мужчин может достигать 6 л/мин и более, у женщин – 4 л/мин и более.

Величина МПК характеризует функциональное состояние дыхательной и сердечно-сосудистой систем, степень тренированности организма к длительным физическим нагрузкам.

Рекомендации по выполнению дыхания при занятиях физическими упражнениями и спортом. Дыхательная система – единственная внутренняя система, которой человек может управлять произвольно:

– дыхание необходимо осуществлять через нос, в случаях интенсивной физической работы допускается дыхание одновременно через нос и узкую щель рта, образованную языком и нёбом. При таком дыхании воздух очищается от пыли, увлажняется и согревается, прежде чем поступить в полость лёгких, что способствует повышению эффективности дыхания и сохранению дыхательных путей здоровыми;

– при выполнении физических упражнений необходимо регулировать дыхание следующим образом:

· во всех случаях выпрямления тела делать вдох;

·  при сгибании тела делать выдох;

·  при циклических движениях ритм дыхания приспосабливать к ритму движения с акцентом на выдохе. Например, при беге делать на 4 шага вдох, на 5–6 шагов – выдох или на 3 шага – вдох и на 4–5 шагов – выдох;

·  избегать частых задержек дыхания, что приводит к застою венозной крови в периферических сосудах.

2.3.3. Система пищеварения и выделения

В пищеварительную систему входят полость рта, глотка, пищевод, желудок, тонкая и толстая кишки, печень, поджелудочная железа.

Основная функция пищеварительной системы заключается в приёме пищи, механической и химической её обработке, усвоении пищевых веществ и выделении непереваренных остатков.

Процесс пищеварения – начальный этап обмена веществ. С пищей человек получает энергию и необходимые для своей жизнедеятельности вещества. Однако поступающие с пищей белки, жиры и углеводы не могут быть усвоены без предварительной обработки. Необходимо, чтобы крупные сложные нерастворимые в воде молекулярные соединения превратились в более мелкие, растворимые в воде вещества. Этот процесс происходит в пищеварительном тракте и называется пищеварением, а образованные при этом продукты – продуктами переваривания. Кроме того, органы пище­варительной системы выполняют и экскреторную функцию, выводя из организма остатки непереваренной пищи и некоторые продукты обмена веществ.

Систематически выполняемые физические нагрузки повышают обмен веществ и энергии, увеличивают потребность организма в питательных веществах, стимулируют выделение пищеварительных соков, активизируют перистальтику кишечника, повышают эффективность процессов пищеварения. Однако при напряжённой мышечной деятельности могут развиваться тормозные процессы в пищеварительных центрах, уменьшающие кровоснабжение различных отделов желудочно-кишечного тракта и пищеварительных желёз в связи с тем, что необходимо обеспечить кровью усиленно работающие мышцы. В то же время сам процесс активного переваривания обильной пищи в течение 2–3 ч после её приёма снижает эффективность мышечной деятельности, так как орга­ны пищеварения в этой ситуации оказываются как бы более нуждающимися в усиленном кровоснабжении. Кроме того, наполненный желудок приподнимает диафрагму, тем самым затрудняя деятельность органов дыхания и кровообращения. Вот почему физиологическая закономерность требует принимать пищу за 2,5–3,5 ч до начала тренировки и через 30–60 мин после неё.

Выделение. Основной физиологической функцией выделительных процессов является освобождение организма от конечных продуктов обмена веществ, избытка воды, органических и неорганических соединений, то есть сохранение постоянства внутренней среды организма. При мышечной деятельности роль органов выделения возрастает, так как они оперативно вынуждены выполнять всё ту же функцию сохранения внутренней среды организма, связанную с увеличением обмена веществ и энергии. Выделительные функции у человека осуществляются многими органами и системами организма. Так, желудочно-кишечный тракт выводит остатки непереваренной пищи, слизи, желчных пигментов, бактерий; через лёгкие удаляются газообразные продукты обмена веществ (например, углекислота); сальные железы, выделяя кожное сало, образуют защитный, смягчающий слой на поверхности тела; слёзные железы обеспечивают влагу, смачивающую слизистую глазного яблока.

Основная роль в освобождении организма от конечных продуктов обмена веществ принадлежит почкам, потовым железам и лёгким. За счёт функции почек в организме поддерживается необходимая концентрация воды, солей и других веществ, регулируется кислотно-щелочное равновесие и осмотическое давление в тканях; выводятся конечные продукты белкового обмена; продуцируется гормон ренин, влияющий на тонус кровеносных сосудов. При больших физических нагрузках потовые железы и лёгкие существенно помогают почкам осуществлять свои функции. В состоянии покоя через потовые железы выделяется 20–40 мл пота в 1 ч, в движении со скоростью 5 км/ч и грузом 10 кг выделение пота может возрастать до 1700 мл/ч. В зависимости от окружающей температуры и интенсивности двигательной деятельности выделение пота может колебаться от 0,5 до 3 л в сутки.Естественно, что при этом существенно меняется и качественный состав пота. При напряжённой мышечной работе с потом выделяется молочная кислота, конечные продукты белкового обмена.

Процессы теплообмена играют большую роль при различных видах мышечной деятельности. Постоянную температуру тела человека поддерживает специальная система теплопродукции, состоящая из физических механизмов теплопроведения, теплоизлучения и испарения. Наблюдаемый при мышечной работе подъём температуры тела на 1–1,5 °С способствует более эффективному протеканию в тканях окислительно-восстановительных процессов и повышению работоспособности организма спортсмена. Однако следует помнить, что даже у тренированного человека подъём температуры тела до 38,5 °С может привести к тепловому удару.

 

2.3.4. Обмен веществ и энергии

Различные формы проявления жизни неразрывно связаны с превращением энергии. Энергетический обмен является своеобразным свойством каждой живой клетки. Богатые энергией вещества усваиваются, а конечные продукты обмена веществ с более низким содержанием энергии выделяются клетками. Согласно первому закону термодинамики, энергия не исчезает и не появляется снова. Живой организм должен получать энергию в доступной для него форме из окружающей среды и возвращать среде соответствующее количество энергии в форме, менее пригодной для дальнейшего использования.

Известно, что живой организм и окружающая среда образуют единую систему. Между ними происходит беспрерывный обмен энергией и веществами. Нормальная жизнедеятельность организма поддерживается регуляцией внутренних компонентов, требующих затраты энергии. Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом. Только он служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.

Обменные (метаболические) процессы, при которых специфические элементы организма синтезируются из пищевых продуктов, называют анаболизмом (ассимиляцией), а те метаболические процессы, при которых происходит распад структурных элементов организма или усвоение пищевых продуктов, – принято называть катаболизмом (диссимиляцией).

2.3.5. Нервная система

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

Центральная нервная системакоординирует деятельность различных органов и систем организма и регулирует эту деятельность в условиях изменяющейся внешней среды по механизму рефлекса. Процессы, протекающие в центральной нервной системе, лежат в основе всей психической деятельности человека – мышлении, памяти, разумном поведении в обществе, восприятии окружающего мира, познании законов природы и общества и т.д. Деятельность человека как биологическая, так и социальная, осуществляется благодаря реализации взаимоотношений организма и среды по принципу рефлекса.

Вегетативная нервная система– отдел нервной системы мозга – регулируется корой больших полушарий. Вегетативная нервная система регулирует деятельность внутренних органов – дыхания, кровообращения, выделения, пищеварения, размножения, желёз внутренней секреции и т.д., находится под контролем со стороны высшего отдела центральной нервной системы.

Главным условием нормального существования организма является его способность быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Эта способность реализуется за счёт периферической нервной системы.

Рецепторы,обладая строгой специфичностью, трансформируют внешние раздражения (звук, температуру, свет, давление и т.д.) в нервные импульсы, которые по нервным волокнам передаются в центральную нервную систему.

Анализатор состоит из трёх отделов – рецептора, проводниковой части и центрального образования в головном мозге. Высший отдел анализатора – корковый. Назовём несколько анализаторов: кожный(тактильная, болевая, тепловая, холодовая чувствительность), двигательный(рецепторы в мышцах, суставах, сухожилиях и связках возбуждаются под влиянием давления и растяжения), вестибулярный (он воспринимает положение тела в пространстве), зрительный (свет и цвет), слуховой (звук), обонятельный (запах), вкусовой (вкус), висцеральный (состояние ряда внутренних органов).

2.3.6. Эндокринная система

Эндокринную систему в организме человека представляют железы внутренней секреции – эндокринные железы.

Эндокринные железыназываются так потому, что не имеют выводного потока, они выделяют продукт своей деятельности –гормон прямо в кровь, а не через трубочку или проток, как делают экзокринные железы. Гормоны эндокринных желёз передвигаются с кровью к клеткам организма. Гормоны обеспечивают гуморальную регуляцию физиологических процессов в организме. Часть гормонов продуцируется только в определённый возрастной период, большинство же – на протяжении всей жизни человека. Они могут тормозить или ускорять рост организма, половое созревание, физическое и психическое развитие, регулировать обмен веществ и энергии, деятельность внутренних органов и т. д. Рассмотрим основные гормоны, выделяемые эндокринной системой.

Гипофизвыделяет более 20 гормонов, например, гормон роста регулирует рост тела, пролактин отвечает за выделение молока, окситоцин стимулирует родовую деятельность, антидиуретический гормон поддерживает уровень содержания воды в организме.

Щитовиднаяжелеза – выделяет гормон тироксин, содействующий активности всех систем организма.

Паращитовидныежелезы –выделяют паратгормон, контролирующий уровень кальция в крови.

Поджелудочнаяжелеза –выделяет гормон инсулин, поддерживающий уровень содержания сахара в крови.

Надпочечники– выделяют адреналин, побуждающий организм к действию, кортизон, помогающий управлять уровнями стресса, альдостерон, контролирующий уровень содержания соли в организме и др.

Половые железы– яичники у женщин – гормоны эстроген и прогестерон, регулирующие менструации и сохраняющие беременность; яички у мужчин –гормон тестостерон, контролирующий мужские половые качества.

По химическому составу гормоны можно разделить на две основные группы: протеиныи производные протеинов и гормоны, имеющие кольцевую структуру, стероиды.

Инсулин– гормон поджелудочной железы – это протеин, а гормоны щитовидной железы образуются на протеиновой основе и являются производными протеина. Половые гормоны и гормоны, вырабатываемые корой надпочечников, являются стероидными гормонами.

Некоторые из перечисленных желёз вырабатывают кроме гормонов ещё секреторные вещества (например, поджелудочная железа участвует в процессе пищеварения, выделяя ферментативные секреты в двенадцатипёрстную кишку).

Гормон, достигая клетки, может начать действовать только в том случае, если окажется на определённом участке её оболочки – в клеточном рецепторе, где он начинает стимулировать образование вещества, называемого циклической аденозинмонофосфатной кислотой. Считается, что она активизирует несколько ферментных систем внутри клетки, вызывая тем самым специфические реакции, в ходе которых вырабатываются необходимые вещества.