К органам кровообращения человека и млекопитающих относят сердце и сосуды. В системе кровеносных сосудов различают артерии, капилляры и вены. Артерии несут кровь от сердца под большим давлением, поэтому стенки этих сосудов толстые и упругие. Капилляры – это самые тонкие сосуды, их стенки состоят из одного слоя клеток. Через стенки капилляров легко проникают различные вещества. Вены несут кровь к сердцу под небольшим давлением, поэтому их стенки тонкие и неупругие. Внутри вен есть полулунные клапаны. Стенки вен сжимаются мышцами, что способствует току крови по венам.
Все сосуды образуют два круга кровообращения: большой и малый. Большой круг начинается в левом желудочке. От него отходит аорта, которая образует дугу. От дуги аорты отходят артерии. От начальной части аорты отходят коронарные сосуды, которые снабжают кровью миокард. Часть аорты, находящаяся в грудной клетке, называется грудной аортой, а та часть, которая находится в брюшной полости, – брюшной аортой. Аорта ветвится на артерии, артерии на артериолы, артериолы на капилляры. Из капилляров большого круга ко всем органам и тканям поступают кислород и питательные вещества, а из клеток в капилляры поступают углекислый газ и продукты обмена. В капиллярах кровь превращается из артериальной в венозную.
Очищение крови от ядовитых продуктов распада происходит в сосудах печени и почек. Кровь от пищеварительного тракта, поджелудочной железы и селезенки поступает в воротную вену печени. В печени воротная вена разветвляется на капилляры, которые затем снова объединяются в общий ствол печеночной вены. Эта вена впадает в нижнюю полую вену. Таким образом, вся кровь от органов брюшной полости до поступления в большой круг проходит через две капиллярные сети: через капилляры самих этих органов и через капилляры печени. Воротная система печени обеспечивает обезвреживание ядовитых веществ, которые образуются в толстом кишечнике. В почках тоже имеется две капиллярные сети: сеть почечных клубочков, через которую, плазма крови, содержащая вредные продукты обмена (мочевину, мочевую кислоту), переходит в полость капсулы нефрона, и капиллярная сеть, оплетающая извитые канальцы.
Капилляры сливаются в венулы, затем в вены. В конце концов вся кровь поступает в верхнюю и нижнюю полые вены, которые впадают в правое предсердие.
Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке и заканчивается в левом предсердии. Венозная кровь из правого желудочка поступает в легочную артерию, затем в легкие. В легких происходит газообмен, венозная кровь превращается в артериальную. По четырем легочным венам артериальная кровь поступает в левое предсердие.
Таким образом, главным отличием в составе крови в малом круге кровообращения является то, что по артериальным сосудам малого круга течет венозная кровь, содержащая много углекислого газа, а по венозным сосудам малого круга течет артериальная кровь, обогащенная кислородом.
Выход позвоночных на сушу начался в девоне, когда появились первые древние земноводные. Земноводные произошли от древних кистеперых рыб (в наше время сохранился только один представитель этих рыб – латимерия). У кистеперых рыб, как и у двоякодышащих рыб, было жаберное и легочное дыхание. Кроме того, в основании парных плавников у этих рыб есть мясистая лопасть; скелет плавников кистеперых напоминает скелет конечностей наземных позвоночных. Древние земноводные (лабиринтодонты, батрахозавры обычно их объединяют под общим названием стегоцефалы) достигали больших размеров (длина только черепа у них была около 1 м), их туловище было покрыто костными щитками. До середины карбона, когда появились пресмыкающиеся, древние земноводные были единственными наземными позвоночными животными.
Современные земноводные – это класс подтипа позвоночных животных. Они сохраняют тесную связь с водной средой, т.к. размножаются в воде.
В связи с выходом на сушу у земноводных развилось легочное дыхание (у рыб дыхание жаберное, исключая двоякодышащих и кистеперых, у которых дыхание не только жаберное, но может быть и легочным). У земноводных в связи с переходом к легочному типу дыхания появились два круга кровообращения и трехкамерное сердце (у рыб – один круг и двухкамерное сердце; исключением являются опять-таки двоякодышащие и кистеперые). Однако легкие у земноводных развиты слабо, поэтому важную роль в газообмене играет кожное дыхание. Кожа у современных земноводных голая, имеет множество желез (у рыб кожа покрыта чешуями). Кожа отделена от мышц полостями, заполненными жидкостью, – это уменьшает опасность высыхания и служит в качестве амортизаторов при передвижении по суше. Кроме того, благодаря этому приспособлению облегчается газообмен через кожу.
Значительные изменения произошли у земноводных в строении скелета. Большинство земноводных не имеет хвоста (исключение – отряд хвостатые: тритоны, саламандры) и передвигается с помощью задних конечностей, прыжками. Голова подвижно сочленяется с туловищем (появляется шейный отдел позвоночника с одним шейным позвонком) – это улучшает ориентацию в воздушной среде.
Передняя конечность кистеперой рыбы Sauripterus (I и II) и пермской панцирной амфибии (III):
1 – гомолог плечевой кости, 2 – гомолог лучевой кости, 3 – гомолог локтевой кости
Для снижения веса (при переходе из водной среды в воздушную вес тела по закону Архимеда возрастает) в черепе земноводных есть много хрящевых элементов, жаберные дуги редуцируются. Ребра у наиболее высокоорганизованных бесхвостых земноводных тоже исчезают. Позвоночный столб у земноводных в большей степени разделен на отделы, чем у рыб: в позвоночном столбе у них есть шейный, туловищный, крестцовый (представлен одним позвонком) и хвостовой отделы (у рыб различают только туловищный и хвостовой отделы; от туловищного отдела у них отходят ребра).
Мышечная система у земноводных организована гораздо разнообразнее, чем у рыб. У земноводных почти исчезает сегментация мышц, появляются разные группы мышц (например, мышцы свободных конечностей, которых нет у рыб). Сложнее устроена у земноводных и нервная система: передний мозг у них крупнее среднего, разделен на два полушария. Мозжечок развит слабее, чем у рыб. Участки спинного мозга, от которых отходят двигательные нервы, у них утолщены. Совершенствуются и органы чувств. В органе слуха появляется среднее ухо (у рыб только внутреннее ухо) – это позволяет воспринимать звуковые колебания в воздушной среде. Глаза прикрыты веками, защищающими их от высыхания и засорения. Глаза земноводных приспособлены к видению в двух средах: водной и воздушной.
Размножение у земноводных происходит в воде. Оплодотворение, как правило, наружное. Развитие идет с метаморфозом. Из икринки появляется личинка, очень похожая на рыбу. У нее, как и у рыб, один круг кровообращения, двухкамерное сердце, жаберное дыхание, есть орган боковой линии, плавает она при помощи хвоста. Такая личиночная стадия указывает на то, что предками земноводных были древние рыбы.
Земноводные, как и рыбы, относятся к анамниям – животным, у которых в процессе эмбрионального (зародышевого) развития не возникает зародышевой оболочки (амниона) и особого зародышевого органа (аллантоиса).
К органам кровообращения человека и млекопитающих относят сердце и сосуды. Сердце человека и млекопитающих четырехкамерное, состоит из двух предсердий и двух желудочков. Между правым предсердием и правым желудочком находится трехстворчатый клапан, а между левым предсердием и левым желудочком – двустворчатый (митральный) клапан. Из левого желудочка выходит аорта, а из правого – легочная артерия. На границе этих сосудов и желудочков имеются полулунные клапаны. Клапаны сердца обеспечивают однонаправленный ток крови в сердце – от предсердий к желудочкам и далее в артериальную систему.
Вскрытое сердце человека: 1 — левое предсердие; 2 — лёгочные вены (показаны лишь две) ; 3 — левый предсердно-жедудочковый клапан (двустворчатый); 4 — левый желудочек; 5 — межжелудочковая перегородка; 6 — правый желудочек; 7 — нижняя полая вена; 8 — правый предсердно-желудочковый клапан (трехстворчатый); 9 — правое предсердие; 10 — синусно-предсердный узел; 11 — верхняя полая вена; 12 — предсердно-желудочковый узел
Стенка сердца состоит из трех слоев: эндокарда – это внутренний эпителиальный слой, миокарда – это средний мышечный слой и эпикарда – это наружный слой, состоящий из соединительной ткани и покрытый серозным эпителием. Основную массу составляет миокард – поперечно-полосатая мышца, которая по ряду признаков отличается от поперечно-полосатой скелетной мышцы. Сердце обладает автоматией – способностью возбуждаться и сокращаться в отсутствие внешних воздействий (скелетная мышца в отличие от миокарда сокращается только в ответ на нервные импульсы, которые приходят к ней по нервным волокнам). Снаружи сердце покрыто околосердечной сумкой – перикардом. Стенки перикарда выделяют жидкость, которая уменьшает трение сердца при сокращении.
Нормальная электрокардиограмма – ЭКГ:
Р – возбуждение предсердий; QRS – возбуждение желудочков;
Т – снижение активности работы желудочков
Работа сердца состоит в ритмическом нагнетании в артериальную систему крови, которая поступает в сердце из большого и малого кругов кровообращения по венам (по полым венам венозная кровь поступает в правое предсердие, а по легочным венам – артериальная кровь в левое предсердие). Камеры сердца в определенной последовательности сокращаются (сокращение сердца называют систолой) и расслабляются (расслабление сердца называют диастолой). Первая фаза – это систола предсердий, вторая фаза – систола желудочков (предсердия в это время расслаблены), третья фаза – общая диастола предсердий и желудочков. Все три фазы вместе составляют сердечный цикл. У взрослого человека он длится в среднем 0,8 с (частота сердечных сокращений 75 уд./мин), при этом первая фаза длится 0,1 с, вторая – 0,3 с, третья – 0,4 с. Такое попеременное сокращение и расслабление позволяет миокарду работать в течение всей жизни человека, не утомляясь.
Регуляция работы сердца осуществляется нервным и гуморальным путем. Нервная регуляция обеспечивается вегетативной (автономной) нервной системой, ее двумя отделами – симпатическим и парасимпатическим. Центр симпатической регуляции сердца лежит в грудном отделе спинного мозга. Здесь в боковых рогах спинного мозга находятся тела первых (преганглионарных) симпатических нейронов. Длинные отростки этих нейронов (преганглионарные аксоны) выходят за пределы спинного мозга и образуют синаптические переключения на телах вторых (постганглионарных) симпатических нейронов, которые находятся в симпатических ганглиях, образующих две симпатические цепочки вдоль спинного мозга.
От тел постганглионарных нейронов отходят постганглионарные симпатические аксоны, которые заканчиваются в миокарде. Из окончаний этих аксонов выделяется передатчик (медиатор) норадреналин. Под влиянием норадреналина увеличиваются частота и сила сердечных сокращений (положительные хронотропный и инотропный эффекты), возрастает возбудимость миокарда, увеличивается скорость проведения возбуждения. Все это приводит к увеличению производительности сердца. Такие изменения необходимы при физической нагрузке, при стрессе, т.к. в этих случаях требуется усиление кровотока.
Центр парасимпатической регуляции сердца лежит в продолговатом мозгу; там находятся тела парасимпатических преганглионарных нейронов. Аксоны этих нейронов идут, не прерываясь, до сердца, т.к. тела постганглионарных парасимпатических нейронов лежат в самом сердце. Из окончаний этих аксонов выделяется другой медиатор – ацетилхолин. Он вызывает прямо противоположные эффекты (отрицательные хроно- и инотропный эффекты, уменьшение возбудимости, скорости проведения возбуждения по миокарду). Парасимпатическая система регулирует работу сердца в состоянии покоя. Вегетативная регуляция сердца находится под влиянием вышележащих отделов центральной нервной системы.
В продолговатом мозгу лежит также сосудодвигательный центр – он регулирует просвет сосудов. Возбуждение этого центра приводит к сужению (констрикции) сосудов.
Важную роль в регуляции сердечно-сосудистой системы играют и гуморальные факторы, связанные с жидкой средой организма. Основной гормон, который регулирует работу сердца и сосудов, – это адреналин. Он синтезируется в клетках мозгового слоя надпочечников. Эффекты адреналина те же, что и эффекты симпатического медиатора норадреналина, однако развиваются они медленнее. Гормоны щитовидной железы тироксин и трийодтиронин также увеличивают частоту сердечных сокращений. Влияют на работу сердца и различные ионы, которые поступают в него с током крови. Так, например, ионы кальция усиливают, а ионы калия подавляют работу сердца. Нервная и гуморальная регуляция сердечно-сосудистой системы тесно взаимосвязаны. Нервная регуляция обеспечивает срочные влияния на сердце, гуморальная регуляция оказывает более медленные и длительные воздействия.
Гигиена сердечно-сосудистой системы подразумевает развитие, тренировку и укрепление этой системы. Благотворное влияние оказывает на ее деятельность физическая работа на свежем воздухе. Однако чрезмерные физические нагрузки, особенно у нетренированного человека, могут вызвать серьезные нарушения работы сердца и сосудов. Наибольший вред приносят, конечно же, никотин и алкоголь. Они отравляют миокард, нарушают нормальную регуляцию сердца и сосудов. Это выражается в возникновении спазмов коронарных, т.е. питающих сам миокард, сосудов. В результате из-за недостаточного кровотока в миокарде может образоваться зона отмершей ткани, или некроза, – возникнет инфаркт миокарда. Следствием спазма сосудов может стать также развитие гипертензии – стойкого повышения артериального давления; это также влечет за собой нарушение работы сердца.
К наиболее распространенным заболеваниям сердца относятся ишемическая болезнь сердца (в том числе – острый инфаркт миокарда), воспалительные процессы в сердце (миокардит, перикардит), пороки сердца. Нарушения работы сердца часто выражаются в виде аритмий – нарушений ритма сердца. Для исследования работы сердца чаще всего применяют электрокардиографию. Этот метод позволяет оценить, как происходит возбуждение сердца, как это возбуждение распространяется по проводящей системе сердца.
Бактерии – это царство, относящееся к надцарству доядерных организмов, или прокариот – одноклеточных организмов, в клетках которых нет оформленного ядра. Функцию ядра у них выполняет ядерное вещество – молекула ДНК, свернутая в кольцо (нуклеоид). Нуклеоид расположен в цитоплазме клетки.
В бактериальной клетке отсутствуют митохондрии, пластиды и многие другие органоиды, которые есть в эукариотических клетках (имеющих оформленное ядро). Функции этих органоидов выполняют полости, отграниченные мембраной (мезосомы). В бактериальной клетке есть рибосомы. Клетка отделена от окружающей среды мембраной и плотной клеточной оболочкой. Иногда поверх оболочки есть еще коллоидная (полужидкая) капсула.
Схема строения прокариотической клетки (бактериальная клетка в продольном разрезе):
Гли – гранулы гликогена; Ж – жгутик; Кпс – капсула; КСт – клеточная стенка; Ли – липидные капельки; ПГМ – поли-р-гидроксимасляная кислота; п– пили; Пз – плазмида; ПМ – плазматическая мембрана; ПФ – гранулы полифосфата; Р – рибосомы и полисомы; Ц – цитоплазма Я – ядерное вещество (нуклеоид); S – включения серы
Бактериальные клетки могут быть разной формы: шаровидной (кокки), палочковидной (бациллы), спиралевидной (спириллы), изогнутой (вибрионы). Подвижные бактерии имеют один или несколько жгутиков. Встречаются среди бактерий и колониальные формы.
Размножаются бактерии делением клетки пополам с образованием поперечной перегородки. Сначала делится нуклеоид, затем цитоплазма. Но у бактерий бывает и «половой» процесс, например, конъюгация у кишечной палочки. При этом происходит обмен генетической информацией.
Бактерии различаются по способам питания (ассимиляции) и дыхания (диссимиляции). Есть бактерии-гетеротрофы, которые питаются готовой органикой, как животные и грибы. Среди бактерий-гетеротрофов различают паразитов, питающихся органикой живых организмов (это болезнетворные бактерии), и сапрофитов, питающихся мертвой органикой (бактерии гниения).
Существуют также бактерии-автотрофы, способные сами синтезировать органические вещества. К ним относятся бактерии, в цитоплазме которых есть фотосинтезирующий пигмент, например, бактериохлорофилл. В процессе фотосинтеза эти бактерии не образуют кислорода, т.к. источником протонов водорода у них служит не вода, а сероводород или молекулярный водород. Исключением здесь являются цианобактерии, которые относят также к синезеленым водорослям.
Есть также бактерии, которые синтезируют органические вещества, используя энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений. Это бактерии-хемотрофы (хемосинтетики). Процесс хемосинтеза был открыт в 1887 г. великим русским ученым С.Н. Виноградским.
По типу дыхания бактерии делят на аэробы (им для дыхания необходим кислород) и анаэробы (живут в бескислородной среде). Анаэробы – это бактерии брожения (молочнокислого, уксуснокислого, спиртового и др.). Брожение играет большую роль в круговороте веществ в природе и имеет важное практическое значение.
Бактерии часто образуют споры: содержимое бактериальной клетки принимает форму шара, вода удаляется, образуется новая оболочка. В таком виде бактерии переносят неблагоприятные условия существования. Споры служат также для распространения бактерий.
Бактерии обитают везде. В воздухе они поднимаются в верхние слои атмосферы (иногда до 30 км). В почве бактерии в основном живут в плодородном слое (гумусе). В 1 г плодородной почвы может содержаться до 3 млрд бактерий. Азотобактерии, нитрифицирующие бактерии, бактерии гниения играют важную роль в почвообразовании.
Бактерии живут и в воде, особенно в поверхностных слоях. Полезные водные бактерии участвуют в минерализации органических остатков в водоемах.
Болезнетворные (патогенные) бактерии живут в организме человека, животных, растений. Болезнетворные бактерии по типу питания относятся к гетеротрофам-паразитам, т.к. они питаются органическими веществами организма хозяина. Эти бактерии вызывают бактериальные инфекционные заболевания (холера, сыпной тиф, чума, сап, ангина и т.д.). Пути передачи болезнетворных бактерий могут быть разными: водный, воздушно-капельный, контактный, через предметы, которыми пользовался больной, через переносчиков (например, грызуны могут быть переносчиками чумы, тифа).
Возбудители могут передаваться и через пищевые продукты. Например, бацилла Clostridium botulinum размножается в бескислородной среде при нарушении технологии консервирования продуктов. Ее токсин (яд, который она выделяет в процессе обмена веществ) – это белок, который плохо расщепляется в пищеварительном тракте; 1 г этого токсина достаточно, чтобы убить примерно 60 млрд мышей!
К мерам борьбы с инфекционными заболеваниями относятся дезинфекция, ультрафиолетовое облучение, стерилизация (нагрев до 120 °С), пастеризация (нагрев продуктов несколько раз до 60–70 °С), уничтожение переносчиков, изоляция больных. Инфекционные бактериальные заболевания лечат антибиотиками.
Бактерии могут жить и в симбиозе с другими организмами. Это бактерии, которые поселяются в пищеварительном тракте животных и человека и помогают расщеплять и усваивать пищу. В кишечнике человека имеется микробная флора (микрофлора) – это бактерии (кишечная палочка, бифидобактерии, лактобактерии), которые подавляют развитие патогенных бактерий, синтезируют витамины (например, кишечная палочка синтезирует необходимый для свертывания крови витамин К), способствуют перевариванию пищи. При подавлении микрофлоры антибиотиками может развиться тяжелое состояние – дисбактериоз.
Главная роль бактерий в природе заключается в их участии в круговороте веществ. Только благодаря бактериям происходят превращения веществ, без которых невозможна жизнь на Земле. Благодаря бактериям и грибам растительные остатки разлагаются с образованием углекислого газа, который затем в процессе фотосинтеза включаются вновь в состав органических веществ. Благодаря бактериям включаются в круговорот веществ азот и сера. Без бактерий все имеющиеся на Земле атомы углерода и азота оказались бы в связанном состоянии в телах погибших организмов.
Человек в своей хозяйственной деятельности широко использует различные свойства бактерий. Так, способность бактерий вызывать брожение (бактерии молочнокислого, уксуснокислого брожения) используется для приготовления соответствующих продуктов, способность клубеньковых бактерий усваивать атмосферный азот – для удобрения почвы, обогащения ее азотными удобрениями, способность бактерий синтезировать в процессе обмена веществ витамины, аминокислоты и другие соединения – в бактериальном синтезе этих соединений в промышленном масштабе.
Бактерии – важный объект научных исследований для генетиков, биохимиков, биофизиков. Они широко используются в современной биотехнологии.
Отрицательное значений имеют, прежде всего, болезнетворные бактерии. Приносят вред также бактерии, вызывающие порчу продуктов (бактерии гниения и брожения).
Формы одноклеточных бактерий:
1 – микрококки, 2 – диплококки, 3 – стрептококки, 4 – стафилококки,
5 – сарцины, 6 – палочковидные бактерии, 7 – спириллы, 8 – вибрионы
Бактерии существовали на протяжении всей геологической истории Земли. Первыми организмами на Земле были, по-видимому, гетеротрофные бактерии. В архейской эре цианобактерии (синезеленые водоросли) начали выделять в атмосферу Земли кислород. Это создало условия для существования на Земле организмов, дышащих кислородом (аэробных организмов).
Пищеварение включает механическую переработку пищи, ее расщепление с помощью пищеварительных ферментов, всасывание питательных веществ и выведение из организма непереваренных остатков. Все эти процессы идут в пищеварительном тракте.
В пище содержатся все необходимые для организма питательные вещества: белки, жиры, углеводы, минеральные соединения, вода, витамины. Питательные вещества необходимы для построения клеток и тканей организма, служат источником энергии. Вода, минеральные соли и витамины входят в состав клеток и тканей, участвуют в различных процессах обмена веществ.
В пищеварительном тракте различают ротовую полость, глотку, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник, прямую кишку. В начальный отдел тонкого кишечника – двенадцатиперстную кишку – впадают протоки двух крупных пищеварительных желез: печени и поджелудочной железы. В ротовую полость открываются протоки трех пар крупных слюнных желез (околоушной, подъязычной и подчелюстной) и множество мелких желез. В стенках желудка и кишечника также имеется множество мелких пищеварительных желез. Пищеварительные железы выделяют секреты – пищеварительные соки. В них содержатся ферменты – биологические катализаторы белковой природы. Под влиянием пищеварительных ферментов и некоторых других соединений происходит расщепление пищи – сложные органические соединения расщепляются до простых.
В ротовой полости происходит механическая переработка пищи: пища пережевывается зубами. У человека 32 зуба. Та часть зуба, которая выступает над поверхностью челюсти, называется коронкой. Она состоит из дентина и покрыта эмалью. Эмаль – это плотное вещество, она защищает зуб от повреждения.
На языке находится множество вкусовых рецепторов: у корня языка расположены рецепторы, воспринимающие горький вкус, на кончике языка – рецепторы сладкого вкуса, по бокам языка – рецепторы кислого и соленого вкусов.
В ротовой полости выделяется слюна. На 98–99% она состоит из воды и пищеварительных ферментов – амилазы (расщепляет углеводы до мальтозы) и мальтазы (расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы). Ферменты слюны активны только в щелочной среде. В состав слюны входят также муцин (слизистое вещество) и лизоцим (бактерицидное вещество). В сутки выделяется от 600 до 1500 мл слюны.
В желудке продолжается расщепление пищи. В стенке желудка есть клетки, которые выделяют пищеварительный фермент в неактивной форме – пепсиноген. Эти клетки называют главными. Пепсиноген переходит в активную форму – пепсин – под влиянием соляной кислоты, которая выделяется обкладочными клетками. Третий вид клеток стенки желудка – добавочные – выделяют мукоидный секрет, который защищает стенки желудка от действия на них пепсина.
Пепсин – это фермент, который расщепляет белки до пептидов. Кроме того, в желудочном соке есть фермент (липаза), который расщепляет жир молока; особенно важно наличие этого фермента у грудных детей. Ферменты желудочного сока не влияют на углеводы. Но какое-то время расщепление углеводов продолжается под действием ферментов слюны, оставшейся внутри пищевого комка. Ферменты желудочного сока активны в кислой среде. Объем желудка у взрослого человека равен примерно 3 л.
Пища в желудке находится в течение 3–4 ч, затем она порциями переходит в тонкий кишечник. В двенадцатиперстной кишке на пищу действует поджелудочный сок. Это бесцветная жидкость со щелочной реакцией. Он содержит ферменты, которые действуют на разные виды пищи. Липазы действуют на эмульгированные жиры, расщепляя их до жирных кислот и глицерина, амилаза и мальтаза – на углеводы, расщепляя их до глюкозы, трипсин – на пептиды, расщепляя их до аминокислот.
Эмульгирование жиров (дробление их на мельчайшие капли, увеличивающее поверхность взаимодействия жиров с ферментами) достигается за счет желчи, которая синтезируется в печени. Желчь скапливается в желчном пузыре, а затем по желчному протоку поступает в двенадцатиперстную кишку. Желчь также активирует липазы и усиливает моторику кишечника.
В слизистой тонкого кишечника есть множество желез, которые выделяют кишечный сок. Ферменты этого сока действуют на разные виды пищи.
Вслед за перевариванием пищи начинается ее всасывание. Всасывание происходит в основном в тонком кишечнике, на слизистой оболочке которого имеются ворсинки. Внутри ворсинок проходят кровеносные и лимфатические сосуды. На 1 см 2 поверхности слизистой находится до 2,5 тыс. ворсинок, это увеличивает поверхность всасывания до 400–500 м 2 .
Аминокислоты, глюкоза, витамины, минеральные соли в виде водных растворов всасываются в кровь, а жирные кислоты и глицерин, образовавшиеся при расщеплении жиров, переходят в эпителиальные клетки ворсинок. Здесь из них образуются свойственные человеческому организму молекулы жира, которые поступают сначала в лимфу, а потом уже в кровь. В толстом кишечнике главным образом всасывается вода. Здесь в симбиозе с человеком живет огромное количество бактерий. В кишечнике человека имеется микробная флора (микрофлора) – это бактерии (кишечная палочка, бифидобактерии, лактобактерии), которые подавляют развитие патогенных бактерий, синтезируют витамины (например, кишечная палочка синтезирует необходимый для свертывания крови витамин К), способствуют перевариванию пищи. При их участии расщепляется целлюлоза, которая проходит весь пищеварительный тракт без изменений. При подавлении микрофлоры антибиотиками может развиться тяжелое состояние – дисбактериоз.
Значение всасывания заключается в том, что благодаря этому процессу в организм поступают все необходимые органические вещества, минеральные соли, вода и витамины.
Все многообразие живых организмов изучает систематика. Животные и растения относятся к надцарству Ядерные организмы (Эукариоты). В этом надцарстве выделяют царство Растения, царство Животные и царство Грибы. В царстве Растения выделяют подцарства (например, подцарство Высшие растения). В подцарствах различают отделы (например, отдел Покрытосеменные растения в подцарстве Высшие растения). Отделы делят на классы (например, в отделе Покрытосеменные растения есть два класса: Двудольные и Однодольные). Классы делят на порядки (например, порядок Розоцветные в классе Двудольные), порядки – на семейства (например, семейство Крестоцветные в порядке Каперсовые). Семейства делят на роды, а роды – на виды.
Царство Животные делится на подцарство Простейшие и подцарство Многоклеточные. В пределах этих подцарств различают типы (например, тип Хордовые), которые могут делиться на подтипы (в типе Хордовые различают три подтипа: Оболочники, Головохордовые и Позвоночные). Типы и подтипы делятся на классы (например, в подтипе Позвоночные различают классы Круглоротые, Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие). Классы, в свою очередь, делятся на отряды (в ботанике им соответствуют порядки), отряды – на семейства, семейства – на роды, роды – на виды.
Существуют и дополнительные систематические единицы (надклассы, подклассы, надотряды, подотряды и т.д.). Вид – это совокупность популяций, все особи в которых имеют сходные морфологические, физиологические и биохимические характеристики. Все особи данного вида способны свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.
Чарлз Дарвин определял вид как совокупность сходных по строению особей, дающих плодовитое потомство. Позднее были добавлены следующие критерии вида: генетический (одинаковый набор хромосом у всех особей вида); физиологический (сходство физиологических процессов); биохимический (сходство биохимических процессов, т.е. сходство обмена веществ в организме); географический (ареал, который занимает данный вид); экологический (условия, в которых существует вид), морфологический (сходство строения).
Особи одного вида должны отвечать всем этим критериям, т.к. по какому-то одному или нескольким признакам нельзя определить, один и тот же это вид или нет. Так, например, существуют морфологически неотличимые виды-двойники (например, два вида полевки: полевка обыкновенная и полевка восточно-европейская); в природе есть виды, которые скрещиваются и дают плодовитое потомство (например, некоторые виды канареек), и т.д.
Элементарная структура вида – это популяция: совокупность свободно скрещивающихся особей вида, живущих длительно на определенной территории обособленно от другой популяции того же вида. Можно сказать, что популяция – это открытая генетическая система, а вид – закрытая генетическая система.
Дыхание – это одна из важнейших жизненных функций большинства организмов, включающая в себя поступление в организм кислорода, использование кислорода для получения энергии и выведение из организма конечных продуктов дыхания, в основном углекислого газа.
Подавляющее число живых организмов на Земле относятся к аэробам, то есть они могут жить только при наличии в окружающей среде кислорода, который они используют для окисления веществ и получения, таким образом, энергии. К аэробам относятся: растения, большинство грибов, подавляющее большинство простейших и многоклеточных животных, некоторые бактерии. Заметно меньше на нашей планете анаэробов – организмов, способных жить в бескислородной среде. К анаэробам относятся многие бактерии (например, возбудители столбняка и газовой гангрены), а также кишечные паразиты (дизентерийная амеба, аскарида, ленточные черви).
Дышат все органы и ткани растений. Семя поглощает кислород даже при хранении, но особенно интенсивно дышит развивающийся зародыш. Корень поглощает кислород из почвы, листья получают кислород через устьица, а молодые стебли – через чечевички.
Простейшие, кишечнополостные, губки, многие черви дышат всей поверхностью тела. Некоторые многощетинковые черви, большинство моллюсков, ракообразные и рыбы поглощают кислород из воды через жабры. Тело наземных членистоногих (паукообразных и насекомых) пронизано сетью трахей – трубочек, доставляющих воздух от специальных дыхалец к тканям.
У земноводных появляются относительно небольшие легкие, и дыхание частично происходит через кожу. У рептилий дыхание происходит только через легкие. У птиц также легочное дыхание, причем в полете они используют специальные воздушные мешки. Поэтому в полете у них наблюдается так называемое двойное дыхание.
Все млекопитающие дышат при помощи легких. Строение органов дыхания млекопитающих можно рассмотреть на примере дыхательной системы человека.
Воздух вдыхается через нос. Носовая полость состоит из извилистых носовых ходов, имеющих большую площадь и выстланных ресничным эпителием для выноса инородных частичек, попавших в нос с воздухом. Из носовой полости через носоглотку воздух попадает в гортань. Основа гортани – щитовидный хрящ, прикрывающий ее спереди. Так как рядом с гортанью начинается и пищевод, ведущий в желудок, то при глотании гортань рефлекторно прикрывается специальным надгортанным хрящом, чтобы в нее не попадала пища. Гортань также выстлана ресничным эпителием. Между хрящами гортани расположены особые складки – голосовые связки, просвет между которыми может изменяться в широких пределах. При выдыхании воздуха связки могут колебаться с различной частотой, генерируя звук. Тембр голоса зависит не только от толщины, длины и формы голосовых связок, но и от формы и объема глотки, носоглотки, ротовой полости, расположения языка и т.д.
Из гортани воздух проходит в трахею – трубку, передняя стенка которой образована хрящевыми полукольцами, а задняя примыкает к пищеводу. Трахея разветвляется на два бронха, а те в свою очередь, многократно делясь, образуют многочисленные ветви – бронхиолы. Бронхиолы также многократно делятся, образуя грозди мельчайших легочных пузырьков – альвеол, заполненных воздухом, которые и образуют легкие. Общая поверхность всех альвеол достигает 100 м 2 , и все они оплетены капиллярами малого круга кровообращения. Стенки альвеол образованы одним слоем клеток. Каждое легкое покрыто соединительнотканной оболочкой – легочной плеврой, а стенки грудной клетки, в которой расположены легкие, покрыты изнутри пристенной плеврой.
Между двумя плеврами находится небольшое, герметически замкнутое пространство, в котором нет воздуха, – плевральная полость. Давление в плевральной полости – «отрицательное», то есть несколько ниже атмосферного.
У человека, находящегося в спокойном состоянии приблизительно один раз в четыре секунды в нейронах дыхательного центра продолговатого мозга возникают залпы импульсов, идущие по нервным волокнам к межреберным мышцам и диафрагме, которая ограничивает грудную полость снизу. В результате этого мышцы сокращаются и ребра приподнимаются, а диафрагма, уплощаясь, опускается. Все это приводит к тому, что объем грудной полости увеличивается. Легкие, находясь в герметически замкнутом пространстве, следуют за движениями грудной клетки и тоже расширяются, всасывая воздух, – происходит вдох. При вдохе кровь насыщается кислородом, который практически мгновенно доходит до клеток дыхательного центра – те перестают генерировать дыхательные импульсы, и вдох прекращается: ребра опускаются, диафрагма приподнимается, объем грудной полости уменьшается, происходит выдох.
Мужчины вдыхают воздух преимущественно за счет движений диафрагмы, а женщины – за счет движений ребер. Объем воздуха, поступающего в легкие человека при спокойном вдохе, составляет около 500 см 3 . После очень глубокого вдоха человек способен выдохнуть 3500–4000 см 3 . Этот объем получил название жизненной емкости легких. Однако и после самого глубокого выдоха в легких человека обязательно остается около 1000 см 3 воздуха для того, чтобы альвеолы не слипались.
Во вдыхаемом воздухе содержится примерно 21% О2, 79% N2, 0,03% СО2. В легких около 5% О2 проходит через тончайшие стенки альвеол и капилляров малого круга и связывается с гемоглобином в эритроцитах. Около 4% СО2, наоборот, выходит из кровяного русла в альвеолы и выдыхается. Таким образом, в состав выдыхаемого воздуха входят примерно 16% О2, 79% N2, 4% СО2, водяные пары.
Активность дыхательного центра регулируется как различными химическими веществами, приносимыми в дыхательный центр кровью, так и нервными импульсами, приходящими из различных отделов центральной нервной системы. Специфическим возбудителем нейронов, вызывающим вдох, является углекислый газ; при снижении уровня СО2 в крови дыхание становится более редким.
Если человек случайно вдохнет пары веществ, раздражающих рецепторы слизистой оболочки носа, глотки, гортани (аммиак, хлор и т.п.), происходит рефлекторный спазм голосовой щели, бронхов и задержка дыхания. При раздражении дыхательных путей мелкими инородными частицами – пылью, соринками, избытком слизи – возникает чихание или кашель. Таким образом, кашель и чихание в норме являются защитными рефлексами, представляющими собой резкие выдохи. При этом из дыхательных путей выносятся раздражающие частицы.
При физической или нервной нагрузке резко увеличивается частота дыхания, что обусловлено увеличением затрат кислорода в связи с увеличенными затратами энергии.
Грибы – это царство организмов, имеющих ряд признаков и растений, и животных. К настоящему времени известно около 100 тыс. видов грибов.
Грибы нуждаются в готовых органических соединениях (как животные), т.е. по способу питания они являются гетеротрофами. У грибов встречаются следующие три типа гетеротрофного питания.
1. Грибы-паразиты питаются за счет живых существ, поглощая их вещества и нанося им при этом вред.
2. Грибы-сапрофиты питаются органическими веществами мертвых организмов.
3. Грибы-симбионты получают органические вещества от высших растений, отдавая им взамен водный раствор минеральных солей, то есть выполняя роль корневых волосков.
Грибы (как и растения) растут в течение всей жизни.
Тело гриба образовано тонкими белыми нитями, состоящими из одного ряда клеток. Эти нити называются гифами. Все вместе гифы образуют тело гриба, которое называют грибницей, или мицелием. У некоторых грибов нет перегородок между клетками, и тогда вся грибница представляет собой одну гигантскую клетку.
Клетки грибов имеют клеточную стенку, построенную из хитина. Запасным питательным веществом у них чаще всего является полисахарид гликоген (как у животных). Хлорофилла грибы не содержат.
Грибы – очень древняя группа живых существ, известная с силурийского периода палеозойской эры. Возможными предками грибов считаются древнейшие водоросли, утратившие хлорофилл.
Строение плодового тела гриба.
1, 3 – разные стадии развития плодового тела, 2 – плодовое тело в разрезе
(а – вольва, б – шляпка, в – остатки общего покрывала, г – ножка, д – кольцо, е – пластинки)
Размножение у грибов может быть бесполым и половым. Бесполое размножение может быть либо вегетативным (например, частями грибницы или отпочковыванием клеток, как у дрожжей) либо при помощи специализированных клеток – спор (у шляпочных грибов, мукора, спорыньи).
Половое размножение происходит при слиянии половых клеток – гамет. В результате образуется зигота, из которой развивается грибница.
Шляпочные грибы – симбионты высших растений. Плодовые тела образованы плотным переплетением гифов. Нижняя часть шляпки может быть образована пластинками (сыроежка, лисичка) или трубочками (боровик, моховик), в которых созревают споры. Около 200 видов шляпочных грибов используется в пищу. Они содержат белки, витамины, минеральные соли. Некоторые шляпочные грибы ядовиты для человека: бледная поганка, мухомор, сатанинский гриб. Шляпочные грибы являются пищевой базой для многих животных.
Дрожжи, развиваясь на средах, содержащих сахара, превращают их в этиловый спирт и углекислый газ. Дрожжи используют в пищевой промышленности: хлебопечении, виноделии, пивоварении.
Пеницилл, или зеленую плесень, а также некоторые другие плесневые грибы используют для получения разнообразных антибиотиков – веществ, подавляющих размножение и рост бактерий.
Спорынья – паразит хлебных злаков, она не только разрушает колос, но и содержит ядовитые для человека вещества, которые, однако, используются и в лечебных целях.
Трутовик – паразит деревьев, разрушающий кору и древесину.
Некоторые грибы являются паразитами человека и животных, вызывающими заболевания, называющиеся микозами (стригущий лишай, парша). Грибы могут вызывать повреждения тканей, книг, деревянных строений, а в некоторых случаях и изделий из пластмасс и металла.
Роль грибов в природе и жизни человека очень велика. Грибы являются основными разрушителями (редуцентами) остатков отмерших растений, играя важнейшую роль в круговороте веществ в экологических системах.
По материалам bio.1september.ru
- Физиология
- История физиологии
- Методы физиологии
Кровообращение — это движение крови по сосудистой системе, обеспечивающее газообмен между организмом и внешней средой, обмен веществ между органами и тканями и гуморальную регуляцию различных функций организма.
Система кровообращения включает сердце и кровеносные сосуды — аорту, артерии, артериолы, капилляры, венулы, вены и лимфатические сосуды. Кровь движется по сосудам благодаря сокращению сердечной мышцы.
Кровообращение совершается по замкнутой системе, состоящей из малого и большого кругов:
- Большой круг кровообращения обеспечивает все органы и ткани кровью с содержащимися в ней питательными веществами.
- Малый, или легочный, круг кровообращения предназначен для обогащения крови кислородом.
Круги кровообращения впервые были описаны английским ученым Уильямом Гарвеем в 1628 г. в труде «Анатомические исследования о движении сердца и сосудов».
Малый круг кровообращения начинается из правого желудочка, при сокращении которого венозная кровь попадает в легочный ствол и, протекая через легкие, отдает диоксид углерода и насыщается кислородом. Обогащенная кислородом кровь из легких по легочным венам поступает в левое предсердие, где заканчивается малый круг.
Большой круг кровообращения начинается из левого желудочка, при сокращении которого кровь, обогащенная кислородом, нагнетается в аорту, артерии, артериолы и капилляры всех органов и тканей, а оттуда по венулам и венам притекает в правое предсердие, где и заканчивается большой круг.
Самым крупным сосудом большого круга кровообращения является аорта, которая выходит из левого желудочка сердца. Аорта образует дугу, от которой ответвляются артерии, несущие кровь к голове (сонные артерии) и к верхним конечностям (позвоночные артерии). Аорта проходит вниз вдоль позвоночника, где от нее отходят ветви, несущие кровь к органам брюшной полости, к мышцам туловища и нижним конечностям.
Артериальная кровь, богатая кислородом, проходит по всему телу, доставляя клеткам органов и тканей необходимые для их деятельности питательные вещества и кислород, и в капиллярной системе превращается в кровь венозную. Венозная кровь, насыщенная углекислым газом и продуктами клеточного обмена, возвращается в сердце и из него поступает в легкие для газообмена. Наиболее крупными венами большого круга кровообращения являются верхняя и нижняя полые вены, впадающие в правое предсердие.
Рис. Схема малого и большого кругов кровообращения
Следует обратить внимание, как в большой круг кровообращения включены системы кровообращения печени и почек. Вся кровь из капилляров и вен желудка, кишечника, поджелудочной железы и селезенки поступает в воротную вену и проходит через печень. В печени воротная вена разветвляется на мелкие вены и капилляры, которые затем вновь соединяются в общий ствол печеночной вены, впадающей в нижнюю полую вену. Вся кровь органов брюшной полости до поступления в большой круг кровообращения протекает через две капиллярные сети: капилляры этих органов и капилляры печени. Воротная система печени играет большую роль. Она обеспечивает обезвреживание ядовитых веществ, которые образуются в толстом кишечнике при расщеплении невсосавшихся в тонком кишечнике аминокислот и всасываются слизистой толстой кишки в кровь. Печень, подобно всем остальным органам, получает и артериальную кровь через печеночную артерию, отходящую от брюшной артерии.
В почках также имеются две капиллярные сети: капиллярная сеть есть в каждом мальпигиевом клубочке, затем эти капилляры соединяются в артериальный сосуд, который вновь распадается на капилляры, оплетающие извитые канальцы.
Особенностью кровообращения в печени и почках является замедление тока крови, обусловливающейся функцией этих органов.
Таблица 1. Отличие тока крови в большом и малом кругах кровообращения
Ток крови в организме
Большой круг кровообращения
Малый круг кровообращения
В каком отделе сердца начинается круг?
В каком отделе сердца заканчивается круг?
В капиллярах, находящихся в органах грудной и брюшной полостей, головном мозге, верхних и нижних конечностях
В капиллярах, находящихся в альвеолах легких
Какая кровь движется по артериям?
Какая кровь движется по венам?
Время движения крови по кругу
Снабжение органов и тканей кислородом и перенос углекислого газа
Насыщение крови кислородом и удаление из организма углекислого газа
Время кругооборота крови — время однократного прохождения частицы крови по большому и малому кругам сосудистой системы. Подробнее следующем разделе статьи.
Гемодинамика — это раздел физиологии, изучающий закономерности и механизмы движения крови по сосудам организма человека. При ее изучении используется терминология и учитываются законы гидродинамики — науки о движении жидкостей.
Скорость, с которой движется кровь но сосудам, зависит от двух факторов:
- от разности давления крови в начале и конце сосуда;
- от сопротивления, которое встречает жидкость на своем пути.
Разность давлений способствует движению жидкости: чем она больше, тем интенсивнее это движение. Сопротивление в сосудистой системе, уменьшающее скорость движения крови, зависит от ряда факторов:
- длины сосуда и его радиуса (чем больше длина и меньше радиус, тем больше сопротивление);
- вязкости крови (она в 5 раз больше вязкости воды);
- трения частиц крови о стенки сосудов и между собой.
Скорость кровотока в сосудах осуществляется по законам гемодинамики, общим с законами гидродинамики. Скорость кровотока характеризуется тремя показателями: объемной скоростью кровотока, линейной скоростью кровотока и временем кругооборота крови.
Объемная скорость кровотока — количество крови, протекающее через поперечное сечение всех сосудов данного калибра за единицу времени.
Линейная скорость кровотока — скорость движения отдельной частицы крови вдоль сосуда за единицу времени. В центре сосуда линейная скорость максимальна, а около стенки сосуда минимальна вследствие повышенного трения.
Время кругооборота крови — время, в течение которого кровь проходит по большому и малому кругам кровообращения.В норме составляет 17-25 с. На прохождение через малый круг затрачивается около 1/5, а на прохождение через большой — 4/5 этого времени
Движущей силой кровотока но системе сосудов каждого из кругов кровообращения является разность давления крови (ΔР) в начальном участке артериального русла (аорта для большого круга) и конечном участке венозного русла (полые вены и правое предсердие). Разность давления крови (ΔР) в начале сосуда (Р1) и в конце его (Р2) является движущей силой тока крови через любой сосуд кровеносной системы. Сила градиента давления крови расходуется на преодоление сопротивления кровотоку (R) в системе сосудов и в каждом отдельном сосуде. Чем выше градиент давления крови в кругу кровообращения или в отдельном сосуде, тем больше в них объемный кровоток.
Важнейшим показателем движения крови по сосудам является объемная скорость кровотока, или объемный кровоток (Q), под которым понимают объем крови, протекающей через суммарное поперечное сечение сосудистого русла или сечение отдельного сосуда в единицу времени. Объемную скорость кровотока выражают в литрах на минуту (л/мин) или миллилитрах на минуту (мл/мин). Для оценки объемного кровотока через аорту или суммарное поперечное сечение любого другого уровня сосудов большого круга кровообращения используют понятие объемный системный кровоток. Поскольку за единицу времени (минуту) через аорту и другие сосуды большого круга кровообращения протекает весь объем крови, выброшенной левым желудочком за это время, синонимом понятия системный объемный кровоток является понятие минутный объем кровотока (МОК). МОК взрослого человека в покое составляет 4-5 л/мин.
Различают также объемный кровоток в органе. В этом случае имеют в виду суммарный кровоток, протекающий за единицу времени через все приносящие артериальные или выносящие венозные сосуды органа.
Таким образом, объемный кровоток Q = (P1 — Р2) / R.
В этой формуле выражена суть основного закона гемодинамики, утверждающего, что количество крови, протекающей через суммарное поперечное сечение сосудистой системы или отдельного сосуда в единицу времени, прямо пропорционально разности давления крови в начале и в конце сосудистой системы (или сосуда) и обратно пропорционально сопротивлению току крови.
Суммарный (системный) минутный кровоток в большом круге рассчитывается с учетом величин среднего гидродинамического давления крови в начале аорты P1, и в устье полых вен Р2. Поскольку в этом участке вен давление крови близко к , то в выражение для расчета Q или МОК подставляется значение Р, равное среднему гидродинамическому артериальному давлению крови в начале аорты: Q (МОК) =P/R.
Одно из следствий основного закона гемодинамики — движущая сила тока крови в сосудистой системе — обусловлено давлением крови, создаваемым работой сердца. Подтверждением решающего значения величины давления крови для кровотока является пульсирующий характер тока крови на протяжении сердечного цикла. Во время систолы сердца, когда давление крови достигает максимального уровня, кровоток увеличивается, а во время диастолы, когда давление крови минимально, кровоток ослабляется.
По мере продвижения крови по сосудам от аорты к венам давление крови уменьшается и скорость его уменьшения пропорциональна сопротивлению кровотоку в сосудах. Особенно быстро снижается давление в артериолах и капиллярах, так как они обладают большим сопротивлением кровотоку, имея малый радиус, большую суммарную длину и многочисленные ветвления, создающие дополнительное препятствие кровотоку.
Сопротивление кровотоку, создаваемое во всем сосудистом русле большого круга кровообращения, называют общим периферическим сопротивлением (ОПС). Следовательно, в формуле для расчета объемного кровотока символ R можно заменить его аналогом — ОПС:
Из этого выражения выводится ряд важных следствий, необходимых для понимания процессов кровообращения в организме, оценки результатов измерения кровяного давления и его отклонений. Факторы, влияющие на сопротивление сосуда, для тока жидкости, описываются законом Пуазейля, в соответствии с которым
где R — сопротивление; L — длина сосуда; η — вязкость крови; Π — число 3,14; r — радиус сосуда.
Из приведенного выражения вытекает, что поскольку числа 8 и Π являются постоянными, L у взрослого человека изменяется мало, то величина периферического сопротивления кровотоку определяется изменяющимися значениями радиуса сосудов r и вязкости крови η).
Уже упоминалось о том, что радиус сосудов мышечного типа может быстро изменяться и оказывать существенное влияние на величину сопротивления кровотоку (отсюда их название — резистивные сосуды) и величину кровотока через органы и ткани. Поскольку сопротивление зависит от величины радиуса в 4-й степени, то даже небольшие колебания радиуса сосудов сильно сказываются на величинах сопротивления току крови и кровотока. Так, например, если радиус сосуда уменьшится с 2 до 1 мм, то сопротивление его увеличится в 16 раз и при неизменном градиенте давления кровоток в этом сосуде также уменьшится в 16 раз. Обратные изменения сопротивления будут наблюдаться при увеличении радиуса сосуда в 2 раза. При неизменном среднем гемодинамическом давлении кровоток в одном органе может увеличиваться, в другом — уменьшаться в зависимости от сокращения или расслабления гладкой мускулатуры приносящих артериальных сосудов и вен этого органа.
Вязкость крови зависит от содержания в крови числа эритроцитов (гематокрита), белка, липопротеинов в плазме крови, а также от агрегатного состояния крови. В нормальных условиях вязкость крови не изменяется столь быстро, как просвет сосудов. После кровопотери, при эритропении, гипопротеинемии вязкость крови понижается. При значительном эритроцитозе, лейкозах, повышенной агрегации эритроцитов и гиперкоагуляции вязкость крови способна существенно возрастать, что влечет за собой повышение сопротивления кровотоку, увеличение нагрузки на миокард и может сопровождаться нарушением кровотока в сосудах микроциркуляторного русла.
В устоявшемся режиме кровообращения объем крови, изгнанный левым желудочком и протекающий через поперечное сечение аорты, равен объему крови, протекающей через суммарное поперечное сечение сосудов любого другого участка большого круга кровообращения. Этот объем крови возвращается в правое предсердие и поступает в правый желудочек. Из него кровь изгоняется в малый круг кровообращения и затем через легочные вены возвращается в левое сердце. Поскольку МОК левого и правого желудочков одинаковы, а большой и малый круги кровообращения соединены последовательно, то объемная скорость кровотока в сосудистой системе остается одинаковой.
Однако во время изменения условий кровотока, например при переходе из горизонтального в вертикальное положение, когда сила тяжести вызывает временное накопление крови в венах нижней части туловища и ног, на короткое время МОК левого и правого желудочков могут стать различными. Вскоре внутрисердечные и экстракардиальные механизмы регуляции работы сердца выравнивают объемы кровотока через малый и большой круги кровообращения.
При резком уменьшении венозного возврата крови к сердцу, вызывающем уменьшение ударного объема, может понизиться артериальное давление крови. При выраженном его снижении может уменьшиться приток крови к головному мозгу. Этим объясняется ощущение головокружения, которое может наступить при резком переходе человека из горизонтального в вертикальное положение.
Общий объем крови в сосудистой системе является важным гомеостатическим показателем. Средняя величина его составляет для женщин 6-7%, для мужчин 7-8% от массы тела и находится в пределах 4-6 л; 80-85% крови из этого объема — в сосудах большого круга кровообращения, около 10% — в сосудах малого круга кровообращения и около 7% — в полостях сердца.
Больше всего крови содержится в венах (около 75%) — это указывает на их роль в депонировании крови как в большом, так и в малом кругу кровообращения.
Движение крови в сосудах характеризуется не только объемной, но и линейной скоростью кровотока. Под ней понимают расстояние, на которое перемещается частичка крови за единицу времени.
Между объемной и линейной скоростью кровотока существует взаимосвязь, описываемая следующим выражением:
где V — линейная скорость кровотока, мм/с, см/с; Q — объемная скорость кровотока; П — число, равное 3,14; r — радиус сосуда. Величина Пr 2 отражает площадь поперечного сечения сосуда.
Рис. 1. Изменения давления крови, линейной скорости кровотока и площади поперечного сечения в различных участках сосудистой системы
Рис. 2. Гидродинамические характеристики сосудистого русла
Из выражения зависимости величины линейной скорости от объемной в сосудах кровеносной системы видно, что линейная скорость кровотока (рис. 1.) пропорциональна объемному кровотоку через сосуд(ы) и обратно пропорциональна площади поперечного сечения этого сосуда(ов). Например, в аорте, имеющей наименьшую площадь поперечного сечения в большом круге кровообращения (3-4 см 2 ), линейная скорость движения крови наибольшая и составляет в покое около 20- 30 см/с. При физической нагрузке она может возрасти в 4-5 раз.
По направлению к капиллярам суммарный поперечный просвет сосудов увеличивается и, следовательно, линейная скорость кровотока в артериях и артериолах уменьшается. В капиллярных сосудах, суммарная площадь поперечного сечения которых больше, чем в любом другом отделе сосудов большого круга (в 500-600 раз больше поперечного сечения аорты), линейная скорость кровотока становится минимальной (менее 1 мм/с). Медленный ток крови в капиллярах создает наилучшие условия для протекания обменных процессов между кровью и тканями. В венах линейная скорость кровотока увеличивается в связи с уменьшением площади их суммарного поперечного сечения по мере приближения к сердцу. В устье полых вен она составляет 10-20 см/с, а при нагрузках возрастает до 50 см/с.
Линейная скорость движения плазмы и форменных элементов крови зависит не только от типа сосуда, но и от их расположения в потоке крови. Различают ламинарный тип течения крови, при котором ноток крови можно условно разделить на слои. При этом линейная скорость движения слоев крови (преимущественно плазмы), близких или прилежащих к стенке сосуда, — наименьшая, а слоев в центре потока — наибольшая. Между эндотелием сосудов и пристеночными слоями крови возникают силы трения, создающие на эндотелии сосудов сдвиговые напряжения. Эти напряжения играют роль в выработке эндотелием сосудоактивных факторов, регулирующих просвет сосудов и скорость кровотока.
Эритроциты в сосудах (за исключением капилляров) располагаются преимущественно в центральной части потока крови и движутся в нем с относительно высокой скоростью. Лейкоциты, наоборот, располагаются преимущественно в пристеночных слоях потока крови и совершают катящиеся движения с небольшой скоростью. Это позволяет им связываться с рецепторами адгезии в местах механического или воспалительного повреждения эндотелия, прилипать к стенке сосуда и мигрировать в ткани для выполнения защитных функций.
При существенном увеличении линейной скорости движения крови в суженной части сосудов, в местах отхождения от сосуда его ветвей ламинарный характер движения крови может сменяться на турбулентный. При этом в потоке крови может нарушиться послойность перемещения ее частиц, между стенкой сосуда и кровью могут возникать большие силы трения и сдвиговых напряжений, чем при ламинарном движении. Развиваются вихревые потоки крови, возрастает вероятность повреждения эндотелия и отложения холестерина и других веществ в интиму стенки сосуда. Это способно привести к механическому нарушению структуры сосудистой стенки и инициированию развития пристеночных тромбов.
Время полного кругооборота крови, т.е. возврата частицы крови в левый желудочек после ее выброса и прохождения через большой и малый круги кровообращения, составляет в покос 20-25 с, или примерно через 27 систол желудочков сердца. Приблизительно четверть этого времени затрачивается на перемещение крови по сосудам малого круга и три четверти — по сосудам большого круга кровообращения.
По материалам www.grandars.ru
Сердечно-сосудистая система — это важная составляющая любого живого организма. Кровь транспортирует к тканям кислород, различные питательные вещества и гормоны, а продукты обмена этих веществ переносит к органам выделения для их выведения и нейтрализации. Она обогащается кислородом в легких, питательными веществами в органах пищеварительной системы. В печени и почках продукты метаболизма выводятся и нейтрализуются. Осуществляются эти процессы путем постоянной циркуляции крови, которая происходит с помощью большого и малого кругов кровообращения.
Попытки открытия системы кровообращения были в разные века, но по-настоящему понял суть системы кровообращения, открыл ее круги и описал схему их строения английский врач Уильям Гарвей. Он первый путем эксперимента доказал, что в организме животного одно и то же количество крови постоянно движется по замкнутому кругу из-за давления, которое создается сокращениями сердца. В 1628 году Гарвей выпустил книгу. В ней он изложил свое учение о кругах кровообращения, создав предпосылки для дальнейшего углубленного изучения анатомии сердечно-сосудистой системы.
У новорожденных детей кровь циркулирует по обоим кругам, но пока еще плод находился в утробе его кровообращение имело свои особенности и называлось плацентарным. Это связано с тем, что в период развития плода в утробе дыхательная и пищеварительная системы плода функционируют не полностью, и он получает все необходимые вещества от матери.
Основной составляющей кровообращения является сердце. Большой и малый круги кровообращения образуются отходящими от него сосудами и представляют собой замкнутые круги. Они состоят из сосудов различного строения и диаметра.
По функции кровеносных сосудов их принято разделять на следующие группы:
- 1. Присердечные. Они начинают и заканчивают оба круга кровообращения. К ним относят легочный ствол, аорту, полые и легочные вены.
- 2. Магистральные. Они распределяют кровь по всему организму. Это крупные и среднего размера внеорганные артерии и вены.
- 3. Органные. С их помощью обеспечивается обмен веществами между кровью и тканями организма. К этой группе относят внутриорганные вены и артерии, а также микроциркуляторное звено (артериолы, венулы, капилляры).
Он работает для насыщения крови кислородом, которое происходит в легких. Поэтому также этот круг называется легочный. Начинается он в правом желудочке, в которое переходит вся венозная кровь, поступившая в правое предсердие.
Началом является легочный ствол, который при подходе к легким разветвляется на правую и левую легочные артерии. Они несут к альвеолам легких венозную кровь, которая отдав углекислый газ и получив взамен кислород, становится артериальной. Насыщенная кислородом кровь по легочным венам (по две с каждой стороны ) поступает в левое предсердие, где заканчивается малый круг. Затем кровь перетекает в левый желудочек, откуда берет начало большой круг кровообращения.
Он берет свое начало в левом желудочке самым большим сосудом организма человека — аортой. Она несет артериальную кровь, содержащую необходимые для жизнедеятельности вещества и кислород. Аорта разветвляется на артерии, идущие ко всем тканям и органам, которые впоследствии переходят в артериолы, а затем в капилляры. Через стенку последних происходит обмен веществ и газов между тканями и сосудами.
Получив продукты обмена и углекислоту, кровь становится венозной и собирается в венулы и далее в вены. Все вены сливаются в два крупных сосуда – нижнюю и верхнюю полые вены, которые затем впадают в правое предсердие.
Циркуляция крови осуществляется за счет сокращений сердца, сочетанной работы его клапанов и градиента давления в сосудах органов. С помощью этого всего задается необходимая последовательность движения крови в теле.
Благодаря действию кругов кровообращения организм продолжает существовать. Постоянная циркуляция крови имеет важное значение для жизнедеятельности и выполняет следующие функции:
- газовая (доставка кислорода к органам и тканям и отвод от них по венозному руслу углекислого газа);
- транспорт питательных и пластических веществ (поступают к тканям по артериальному руслу);
- доставка метаболитов (переработанных веществ) в органы выделения;
- транспорт гормонов от места их выработки к органам-мишеням;
- циркуляция тепловой энергии;
- доставка защитных веществ к месту требования (к местам воспаления и других патологических процессов).
Слаженная работа всех звеньев сердечно-сосудистой системы, в результате которой происходит непрерывный кровоток между сердцем и органами, позволяет осуществлять обмен веществ с внешней средой и поддерживать постоянство внутренней среды для полноценного функционирования организма длительное время.
По материалам vashflebolog.com
Работа всех систем организма не прекращается даже во время покоя и сна человека. Регенерация клеток, обмен веществ, мозговая деятельность при нормальных показателях продолжаются не зависимо от деятельности человека.
Наиболее активным органом в этом процессе является сердце. Его постоянная и бесперебойная работа обеспечивает кровообращение достаточное для поддержания всех клеток, органов, систем человека.
Мышечная работа, строение сердца, а также механизм движения крови по организму, ее распределение по различным отделам тела человека довольно обширная и сложная тема в медицине. Как правило подобные статьи переполнены терминологией не понятной человеку без медицинского образования.
Данная редакция описывает круги кровообращения кратко и понятно, что позволит множеству читателей пополнить свои знания в вопросах здоровья.
Обратите внимание. Данная тема интересна не просто для общего развития, знания принципов кровообращения, механизмов работы сердца могут пригодиться при необходимости оказания первой помощи при кровотечениях, травмах, сердечных приступах и прочих инцидентах до приезда медиков.
Многие из нас недооценивают значимость, сложность, высоко точность, координированность сердца сосудов, а также органов и тканей человека. День и ночь без остановки все элементы системы тем или иным образом сообщаются между собой обеспечивая тело человека питанием и кислородом. Нарушить баланс кровообращения может целый ряд факторов, после чего по цепной реакции будут затронуты все зоны организма, находящиеся под прямой и косвенной зависимостью от него.
Изучение системы кровообращения невозможно без элементарных знаний строения сердца и анатомии человека. Учитывая сложность терминологии, обширность темы при первом знакомстве с ней для многих становится открытием что кровообращение человека проходит целых два круга.
Полноценное кровеносное сообщение тела основывается на синхронизации работы мышечных тканей сердца, разности создаваемых его работой давлений крови, а также эластичности, проходимости артерий и вен. Патологические проявления, влияющие на каждый из вышеупомянутых факторов, ухудшают распределение крови по организму.
Именно ее циркуляция отвечает за доставку кислорода, полезных веществ в органы, а также выведение вредного углекислого газа, продуктов обмена вредных для их функционирования.
Сердце является мышечным органом человека, разделенным на четыре части перегородками, образующими полости. Посредствам сокращения сердечной мышцы внутри этих полостей создается разное кровяное давление обеспечивающие работу клапанов, предупреждающих случайный заброс крови назад в вену, а также отток крови из артерии в полость желудочка.
В верхней части сердца находятся два предсердия названные с учетом расположения:
- Правое предсердие. Темная кровь поступает из верхней полой вены после чего из-за сокращения мышечной ткани она под давление выплескивается внутрь правого желудочка. Сокращение начинается с того места где вена соединяется с предсердием, что обеспечивает защиту от обратного попадания крови в вену.
- Левое предсердие. Заполнение полости кровью происходит через легочные вены. По аналогии с вышеописанным механизмом работы миокарда, выдавливаемая сокращением мышцы предсердия кровь поступает в желудочек.
Клапан между предсердием и желудочком под давлением крови раскрывается и дает ей свободно пройти внутрь полости, после чего закрывается, ограничивая ей возможность вернуться обратно.
В нижней части сердца расположены его желудочки:
- Правый желудочек. Выталкиваемая из предсердия кровь попадает в желудочек. Далее происходит его сокращение, закрытие трех створчатого клапана и открытие под давлением крови клапана легочной артерии.
- Левый желудочек. Мышечная ткань этого желудочка существенно толще правой, соответственно при сокращении может создать более сильное давление. Это необходимо для обеспечения силы выброса крови в большой цикл кровообращения. Как и при первом случае сила давления закрывает клапан предсердия (митральный) и открывает аортальный.
Важно. Полноценная работа сердца зависит от синхронности, а также ритмичности сокращений. Разделение сердца на четыре отдельные полости входы и выходы которых отгорожены клапанами обеспечивает перемещение крови из вен в артерии без риска смешивания. Аномалии развития строения сердца, его составляющих нарушают механику работы сердца, следовательно, и само кровообращение.
Помимо достаточно сложного строения сердца, свои особенности имеет строение самой кровеносной системы. Кровь по телу распределяется по системе полых сообщающихся между собой сосудов различных размерами, структурой стенок, назначением.
Структура сосудистой системы человеческого организма включает следующие виды сосудов:
- Артерии. Не содержащие в структуре гладких мышц сосуды, обладают прочной оболочкой с эластичными свойствами. При выбросе дополнительной крови из сердца стенки артерии расширяются что позволяет контролировать давление крови в системе. Вовремя паузы стенки растягиваются, сужаются уменьшая просвет внутренней части. Это не дает давлению падать до критических норм. Функция артерий заключается в переносе крови от сердца к органам, тканям тела человека.
- Вены. Кровоток венозной крови обеспечивается ее сокращениями, давлением мышц скелета на ее оболочку, и разницей давления у легочной полой вены при работе легких. Особенностью функционирования является возвращение отработанной крови к сердцу, для дальнейшего газообмена.
- Капилляры. Структура стенки самых тонких сосудов состоит всего из одного слоя клеток. Это делает их уязвимыми, однако одновременно с этим высоко проницаемыми, что предопределяет их функцию. Обмен между клетками тканей и плазмой который они обеспечивают, насыщает организм кислородом, питанием, очищает от продуктов метаболизма посредствам фильтрации в сети капилляров соответствующих органов.
Каждый вид сосудов образует свою так называемую систему рассмотреть детальнее которую можно на представленной схеме.
Капилляры являются тончайшими из сосудов, они испещряют все части тела настолько густо что образовывают так называемые сети.
Давление в сосудах создаваемое мышечной тканью желудочков варьируется, это зависит от их диаметра и удаленности от сердца.
Кровеносная система делится на две замкнутые сообщающиеся благодаря сердцу, однако выполняющие разные задачи системы. Речь идет о наличии двух кругов кровообращения. Кругами специалисты в медицине их называют из-за замкнутости системы, выделяя два основных их вида: большой и малый.
Эти круги имеют кардинальные различия как в строении, размерах, количестве задействованных сосудов, так и функциональности. Подробнее узнать их основные функциональные отличия поможет приведенная ниже таблица.
Таблица №1. Функциональные характеристики, других особенностей большого и малого кругов кровообращения:
Как видно из таблицы круги выполняют совершенно разные функции, но имеют одинаковую значимость для кровообращения. Пока кровь совершает цикл по большому кругу один раз, внутри малого совершается 5 циклов за тот же промежуток времени.
В медицинской терминологии иногда встречается также такой термин как дополнительные круги кровообращения:
- сердечный – проходит от коронарных артерий аорты, возвращается по венам к правому предсердию;
- плацентарный – циркулирует у плода, развивающегося в матке;
- виллизиев – расположен у основания мозга человека, выступает в качестве резервного кровоснабжения при закупорке сосудов.
Так или иначе все дополнительный круги являются частью большого или находятся в прямой зависимости от него.
Важно. Оба круга кровообращения поддерживают баланс в работе сердечно-сосудистой системы. Нарушение кровообращения из-за возникновения различных патологий в одном из них ведет к неминуемому влиянию на другой.
Из самого названия можно понять, что данный круг отличается размерами, а соответственно и количеством задействованных сосудов. Все круги начинаются с сокращения соответствующего желудочка и заканчиваются возвращением крови в предсердие.
Большой круг берет начало при сокращении наиболее сильного левого желудочка, выталкивании крови в аорту. Проходя по ее дуге, грудному, брюшному сегменту происходит ее перераспределение по сети сосудов через артериолы и капилляры к соответствующим органам, частям тела.
Именно по средствам капилляров происходит отдача кислорода, питательных веществ, гормонов. При оттоке в венулы она забирает с собой углекислый газ, вредные вещества, образованные метаболическими процессами в организме.
Далее через две наиболее крупные вены (полые верхняя и нижняя) кровь возвращается в правое предсердие замыкая цикл. Рассмотреть наглядно схему циркулировали крови по большому кругу можно на рисунке, представленном ниже.
Как видно на схеме отток венозной крови от непарных органов человеческого организма происходит не напрямую к нижней полой вене, а в обход. Насытив кислородом и питанием органы брюшной полости, селезенку она устремляется в печень, где посредствам капилляров происходит ее очищение. Только после этого профильтрованная кровь поступает в нижнюю полую вену.
Фильтрующими свойствами также обладают почки, двойная капиллярная сеть позволяет венозной крови напрямую попадать в полую вену.
Огромное значение, не смотря на достаточно короткий цикл имеет коронарное кровообращение. Коронарные артерии, выходящие из аорты, ветвятся на более мелкие и огибают сердце.
Заходя в его мышечные ткани, они делятся на капилляры, питающие сердце, а отток крови обеспечивают три сердечные вены: малая, средняя, большая, а также тебезиевые и передние сердечные.
Важно. Постоянная работа клеток тканей сердца требует большого количества энергии. Через коронарный круг проходит около 20% количества всей вытолкнутой из органа, обогащенной кислородом и питательными элементами крови в организм.
Строение малого круга включает гораздо меньше задействованных сосудов и органов. В медицинской литературе его чаще называют легочным и не спроста. Именно этот орган является главными в данной цепочке.
Осуществляющийся по средствам кровеносных капилляров, оплетающих легочные пузырьки, газообмен имеет важнейшее значения для организма. Именно малый круг в последствии дает возможность большому насыщать обогащенной кровью все тело человека.
Кровоток по малому кругу осуществляется в следующем порядке:
- Сокращением правого предсердия венозная кровь, потемневшая из-за избытка углекислого газа в ней, выталкивается внутрь полости правого желудочка сердца. Предсердно-желудочная перегородка этот момент закрыта, для недопущения возврата в него крови.
- Под давлением мышечной ткани желудочка она выталкивается в легочный ствол, при этом трехстворчатый клапан разделяющий полость с предсердием закрыт.
- После попадания крови в легочную артерию его клапан закрывается, что исключает возможность ее возврата к полости желудочка.
- Проходя по крупной артерии кровь поступает к участку ее разветвления на капилляры, где и происходит удаление углекислого газа, а также насыщение кислородом.
- Алая, очищенная, обогащенная кровь посредствам легочных вен заканчивает свой цикл у левого предсердия.
Как можно заметить при сравнении двух схем кровотока в большом кругу по венам к сердцу течет темная венозная кровь, а в малом алая очищенная и наоборот. Артерии легочного круга заполнены венозной кровью, в то время как по артериям большого идет обогащенная алая.
За 24 часа сердце перекачивает по сосудам человека более 7000 л. крови. Однако эта цифра актуальна только при стабильной работе всей сердечно-сосудистой системы.
Отменным здоровьем могут похвастаться лишь единицы. При условиях реальной жизни из-за множества факторов практически у 60% населения наблюдаются проблемы со здоровьем, сердечно сосудистая система не является исключением.
Ее работа характеризуется следующими показателями:
- эффективностью работы сердца;
- тонусом сосудов;
- состояние, свойства, масса крови.
Наличие отклонений даже одного из показателей приводит к нарушению кровотока двух кругов кровообращения, не говоря уже о обнаружении целого их комплекса. Специалисты области кардиологии различают общие и местные нарушения, затрудняющие движение крови по кругам кровообращения, таблица с их перечнем представлена ниже.
Таблица № 2. Перечень нарушений работы кровеносной системы:
По материалам cardio-help.ru