Система формообразования - костная и мышечная ткань, а также кожа и ряд слизистых оболочек.
Система жизнеобеспечения - все системы обмена с внешней средой (дыхательная, пищеварительная и выделительная) и распределения веществ в организме между различными органами (сердечно-сосудистая).
Система управления - вегетативная и центральная нервные системы. Функцию обеспечения информацией о состоянии внешней среды выполняют различные анализаторы и рецепторы органов чувств: зрительные, слуховые, осязательные, обонятельные и вкусовые. Но кроме них у человека есть и другие анализаторы и рецепторы.
Все системы организма состоят из различных органов, функционально взаимосвязанных друг с другом. Органы построены из различных тканей, состоящих из клеток и межклеточного вещества, где происходят различные биохимические процессы. В каждом органе имеются кровеносные сосуды, а в большинстве еще и лимфатические. Ко всем органам подходят и разветвляются в них нервы.
Костно-мышечная система образует опорно-двигательный аппарат человека и обеспечивает автономность организма, возможность совершения им различных движений и перемещения в пространстве. Кроме того, кости, мышцы и кожа обеспечивают защиту внутренних органов от непосредственного воздействия внешней среды. В частности, сердце и легкие защищены грудной клеткой и мышцами груди и спины; органы брюшной полости (желудок, кишечник, почки) – нижним отделом позвоночника, костями таза, мышцами спины и живота; головной мозг защищен костью черепа, а спинной спрятан в позвоночном канале.
Опорную, двигательную и защитную функции выполняет скелет, состоящий из 206 костей и их соединений. Скелет можно условно разделить на две части: осевой скелет (кости головы, шеи и туловища) и добавочный скелет (кости верхних и нижних конечностей и их поясов – плечевого и тазового).
Кости состоят из губчатой костной ткани, покрытой снаружи надкостницей, внешний слой которой несёт защитную функцию, а внутренний содержит нервные волокна и кровеносные сосуды. Простой ушиб надкостницы чреват её повреждением и воспалением.
Все кости соединяются друг с другом. Эти соединения могут быть разделены на две группы: непрерывные соединения, не имеющие полости, и прерывные соединения, в которых имеется полость – суставы. Непрерывные соединения образуются с помощью соединительной ткани (соединения костей черепа) или хряща (тела позвонков). Прерывные соединения – суставы – образуются внутри суставной сумки, а кости, образующие суставы, соединяются очень прочными связками из соединительной ткани.
Все в теле человека «рассчитано» на обычные повседневные нагрузки. При резком движении со значительной амплитудой мышцы и связки растягиваются сильнее обычного, и может произойти растяжение связок. Отдельные волокна могут даже разорваться, что вызывает сильную боль и образование около сустава синяка – гематомы. Более того, при неудачном движении с большой амплитудой в «запрещенном» направлении возможен вывих – выход суставной головки из суставной впадины, который иногда сопровождается растяжениями связок и мышц, и даже разрывом суставной сумки. Порванные связки причиняют много неприятностей, так как очень плохо восстанавливаются.
Мышцы – это анатомические структуры, с помощью которых осуществляется движение. Залогом этого является способность их к сокращению под влиянием нервных сигналов. Мышцы становятся максимально эластичными, когда находятся в тепле. Поэтому интенсивную физическую работу всегда необходимо начинать легким разогревом мышц. Разогретые мышцы нужно беречь от охлаждения, например, сквозняком. Воздействие холода на разогретые мышцы может привести к миозиту («простуда» мышц), а то и мышечным невралгиям. После усиленных физических нагрузок в мышцах накапливается молочная кислота. В небольших количествах это нормально. В больших – молочная кислота может спровоцировать необратимые повреждения мышечной ткани.
У мышц на обоих концах имеются сухожилия, посредством которых они прикрепляются к костям. Сухожилия способны выдерживать большую нагрузку при растяжении. Поврежденное сухожилие, как и связка, плохо восстанавливается в отличие от быстро заживающей кости.
Скелет вместе с мышцами поддерживает все другие органы, придает телу определенную форму и положение в пространстве, образует двигательный аппарат. При этом кости скелета выполняют пассивную роль, а поперечно-полосатые мышцы – активную. Отдельные части скелета, например, черепная коробка, позвоночник, предохраняют другие органы (головной и спинной мозг) от механических воздействий. Такую же защитную роль выполняют и многие мышцы.
Важную защитную функцию в организме выполняют кожа и различные слизистые оболочки, непосредственно соприкасающиеся с внешней средой. Помимо защитных функций кожа участвует в обмене веществ и теплорегуляции.
Сердце и кровеносные сосуды образуют замкнутую систему, по которой кровь движется благодаря сокращениям сердечной мышцы и стенок сосудов. Кровеносные сосуды делятся на три основных типа: артерии, капилляры и вены.
Артерии несут кровь от сердца. Они разветвляются на сосуды все меньшего диаметра, по которым кровь поступает во все части тела. Ближе к сердцу артерии имеют наибольший диаметр (примерно с большой палец руки), в конечностях они размером с карандаш. В самых отдаленных от сердца частях тела кровеносные сосуды столь малы, что различимы лишь под микроскопом. Именно эти микроскопические сосуды, капилляры, снабжают клетки кислородом и питательными веществами. После чего кровь, нагруженная конечными продуктами обмена веществ, направляется в сердце по сети сосудов, называемых венами, а из сердца – в легкие, где происходит газообмен, в результате которого кровь насыщается кислородом.
Повреждение капилляров – факт неприятный, но не опасный. В нормальных условиях кровотечение из повреждённого капилляра прекращается в течение нескольких секунд. Повреждение артерии грозит быстрой потерей большого количества крови и смертью.
Сердце – мощный четырёхкамерный мышечный орган, нагнетающий кровь через систему полостей и клапанов в систему кровообращения. Находящееся в грудной клетке сердце достаточно надёжно защищено от большинства механических повреждений туловища. Однако оно не защищено от сильного стресса или эмоционального напряжения. Болезни сердца – одна из основных причин смертности человека.
Лимфатическая система возвращает в кровеносную систему тканевые жидкости, не просочившиеся в капилляры. Эти жидкости попадают в лимфатические капилляры, затем лимфа по протокам проходит лимфатические узлы, а оттуда – в подключичную вену.
Дыхательная, пищеварительная и выделительная системы обеспечивают потребление из окружающей среды жизненно необходимых веществ и удаление продуктов метаболизма (биохимические процессы жизнедеятельности).
Дыхательная система осуществляет газообмен между организмом и внешней средой – внешнее дыхание, которым называют обмен газами между кровью, протекающей через малый круг кровообращения, и внешней средой. Внешнее дыхание полностью осуществляется в альвеолах легких, которые окружены густой сетью капилляров. Небольшой газообмен (1-2% от общей величины) осуществляется через кожу и желудочно-кишечный тракт.
В воздухопроводящих путях (полость носа, носоглотка, глотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы) происходит очистка воздуха от пыли, увлажнение его и нагревание до температуры тела. Поступление и удаление воздуха из легких обеспечивается действием дыхательной мускулатуры (межреберные мышцы), а также диафрагмой и мышцами плечевого пояса.
Пищеварительная система поставляет организму человека основное количество питательных веществ (белки, жиры, углеводы, соли и витамины), необходимых ему для процессов синтеза и энергетических потребностей.
Неусвоенные вещества и продукты метаболизма должны быть удалены из организма, что и обеспечивает выделительная система.
Основное количество ненужных организму веществ, образующихся в процессе обмена веществ и в результате распада собственных структур организма, удаляется через желудочно-кишечный тракт в виде каловых масс и газов.
Другой путь выделения из организма неусвоенных веществ и продуктов распада собственных тканей представляет собой экскрецию (удаление) с мочой и потом.
Эндокринная система состоит из желез внутренней секреции, не имеющих выводных протоков. Они производят химические вещества, называемые гормонами, которые поступают непосредственно в кровь и оказывают регуляторное действие на отдаленные от соответствующих желез органы.
Анатомически нервная система состоит из центральной и периферической. Центральная нервная система включает головной и спинной мозг, а периферическая – черепно-мозговые и спинномозговые нервы, а также нервные узлы и сплетения вне спинного и головного мозга.
Поступающая сенсорная информация подвергается обработке, проходя специфические проводящие пути: например, болевые, зрительные или слуховые нервные волокна. Чувствительные проводящие пути идут в восходящем направлении к центрам головного мозга. Результат деятельности центральной нервной системы – активность, в основе которой лежит сокращение или расслабление мышц либо секреция или прекращение секреции желез.
Вегетативная, или автономная, нервная система регулирует поддержание относительно стабильного состояния внутренней среды организма: постоянной температуры тела или кровяного давления, соответствующего потребностям организма. Вегетативная нервная система делится на симпатическую и парасимпатическую.
Симпатическая система стимулирует те процессы, которые направлены на мобилизацию сил организма в экстремальных ситуациях или в условиях стресса. Парасимпатическая же система способствует накоплению или восстановлению энергетических ресурсов организма.
Центральная нервная система регулирует деятельность всех органов, систем и всего организма в целом в соответствии с условиями внешней среды, изменяя функционирование работы отдельных органов и систем.
Чтобы запустить все системы в работу, центральная нервная система должна иметь информацию о состоянии внешней среды. Эту функцию (обеспечение информацией) выполняют различные анализаторы и рецепторы органов чувств.
Любой анализатор состоит из рецептора, проводящих нервных путей и мозгового конца. Часть рецепторов приспособлена к восприятию изменений в окружающей среде (экстерорецепторы), а часть – во внутренней (интерорецепторы). Рецептор преобразует энергию раздражителя в нервный импульс. Проводящие пути передают нервные импульсы в кору головного мозга. Между рецепторами и мозговым концом существует двусторонняя связь, которая обеспечивает саморегуляцию анализатора.
Исключительную роль в жизни человека и его взаимоотношениях с внешним миром играет зрительный анализатор. С его помощью мы получаем львиную долю (порядка 90%) информации. Посредством зрения мы практически мгновенно познаем форму, величину, цвет предмета, определяем направление и расстояние до него. Зрительный анализатор включает в себя глаз, зрительный нерв и зрительный центр, располагающийся в затылочной доле коры головного мозга.
Глаз представляет собой сложную оптическую систему, где ограничителем светового потока, несущего информацию, является зрачок. В зависимости от яркости света размер его изменяется. Попав в глаз через зрачок, световые лучи, преломляясь на поверхности глазного яблока, в роговице, хрусталике и стекловидном теле, сходятся на сетчатке, давая на ней изображение видимого предмета. Сетчатка выстилает заднюю половину глазного яблока и состоит из светочувствительных рецепторов – палочек и колбочек.
Колбочки и палочки выполняют различные функции. Колбочки позволяют четко различать мелкие детали и цвет предметов, но требуют для этого хорошей освещенности, а потому обеспечивают так называемое «дневное» зрение. «Ночное» же зрение осуществляется с помощью палочек сетчатки, которые способны реагировать на слабое освещение, но не позволяют различать мелкие детали и цветность.
Кроме того, глаз дает нам возможность судить о пространственном расположении предметов внешней среды. Такая оценка расстояний «на глаз» называется глазомером.
Вторым по важности после зрительного анализатора является слуховой. Только он позволяет нам получать информацию вне поля зрения (например, из-за спины или в темноте) с различных расстояний практически мгновенно.
Слуховой анализатор реагирует на акустические колебания в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. С его помощью мы слышим речь других людей.
Воспринимающей частью звукового анализатора является ухо, состоящее из трех отделов: наружное, среднее и внутреннее. Известное всем наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового канала, затянутого упругой барабанной перепонкой, которая разграничивает наружное и среднее ухо. Полость среднего уха сообщается с полостью носоглотки посредством евстахиевой трубы, по которой во время глотания воздух проходит в полость среднего уха. Внутреннее ухо отличается наиболее сложным устройством и находится в толщине височной кости черепа. Именно там располагаются рецепторы, воспринимающие раздражение и вызывающие нервный импульс, который передается в соответствующий отдел коры больших полушарий головного мозга, где и синтезируется слуховое представление.
Следующий анализатор – обоняние – также позволяет получать информацию с больших расстояний, однако им гораздо лучше владеют представители животного мира, чем человек. Обонятельные рецепторы находятся в носу и воспринимают в воздухе ничтожнейшие количества вещества, ощущаемые как запах.
Еще один анализатор – вкус – позволяет получать информацию о качестве пищи. Мы ощущаем вкус рецепторами, расположенными на языке и слизистой ротовой полости.
Еще один анализатор – осязание, под которым мы понимаем ощущения, возникающие при непосредственном воздействии раздражителя на поверхность кожи.
Тактильный анализатор воспринимает прикосновение и давление на рецепторы кожи. Кожа различных частей тела имеет разную чувствительность, наиболее высока она на кончиках (подушечках) пальцев. Рецепторы тактильного анализатора позволяют нам уверенно различать локализацию даже кратковременного прикосновения. Однако осязание не мешает нам сидеть или лежать часами, потому что характерной особенностью тактильного анализатора является быстрое развитие адаптации к раздражителю, т. е. исчезновение чувства прикосновения или давления.
Температурная чувствительность кожи обеспечивается двумя типами рецепторов – холодовыми и тепловыми.
Интересно пространственное распределение болевых рецепторов. Их много там, где мало тактильных рецепторов, и наоборот. Болевые рецепторы вызывают рефлекс удаления от раздражителя, ибо болевой раздражитель – это опасность. Под влиянием боли организм быстро мобилизуется на борьбу с опасностью, работа всех систем организма перестраивается.
Рассмотренные выше анализаторы настолько важны и давно известны человеку, что он назвал их органами чувств: зрением, слухом, обонянием, осязанием и вкусом. Но кроме них, у человека есть и другие анализаторы и рецепторы.
Мозг человека получает информацию не только из окружающей среды, но и от организма. Чувствительные нервные аппараты имеются во всех внутренних органах. Реагируя на внешние условия, они подают сигналы, необходимые для регуляции деятельности внутренних органов.
Важными анализаторами являются проприорецепторы, позволяющие чувствовать напряжения мышц и пространственное расположение тела и конечностей.
Наличие у человека двух рук обеспечило ему возможность деятельности. Для этого нашему предку пришлось с четырех лап встать на две ноги. По законам физики вертикальное положение совершенно неустойчиво, и поэтому искусно поддерживается организмом с помощью вестибулярного аппарата. Нарушение функции вестибулярного анализатора может вызвать ощущение головокружения и тошноту (морская болезнь).
Несмотря на различие многообразных рецепторов и анализаторов, их функционирование имеет много общего, поскольку все они развились в процессе эволюции как защитная система.
В реальных условиях земного обитания на человека действует масса самых разных, зачастую слабых, раздражителей. В ходе эволюции человек выработал в себе способность воспринимать только те раздражители, интенсивность которых достигает определенной величины. Такую минимальную адекватно ощущаемую величину принято называть нижним абсолютным порогом чувствительности или порогом восприятия. При этом восприятие относительно начала воздействия раздражителя всегда запаздывает на некоторое время, называемое скрытым (латентным) периодом.
Выше порога восприятия интенсивность ощущений медленно нарастает при увеличении интенсивности раздражителя, а их связь может быть приближенно выражена логарифмическим законом Вебера–Фехнера.
Высокие значения раздражителя встречаются в природе редко и, как правило, связаны с опасностью, о которой организм должен быть «предупрежден». Поэтому при увеличении интенсивности раздражителя всегда наступает момент, когда ощущение сменяется специальным сигналом опасности – болью, от которой организм хочет только одного – избавиться, а, избавляясь от нее, избавляет и себя от опасности. Такую максимальную адекватно ощущаемую величину раздражителя принято называть верхним абсолютным порогом чувствительности или болевым порогом.
Интервал от минимальной до максимальной адекватно ощущаемой величины (от порога восприятия до болевого порога) определяет диапазон чувствительности анализатора. В пределах своего диапазона чувствительности анализатор может перестать различать два разных, но близких по интенсивности раздражителя. Оценивая эту способность анализатора, говорят о дифференциальном пороге (или пороге различения), под которым понимают минимальную разность между интенсивностями двух раздражителей, вызывающую едва заметное различие ощущений.
Как и все в живом мире, величины порогов не являются строго стабильными и должны рассматриваться как среднестатистические величины.
В реальных условиях деятельности на каждый анализатор человека действует одновременно несколько раздражителей.
Подчеркнем, что разделение всей совокупности анализаторов на отдельные системы довольно условно. Эти системы отчетливо различаются лишь по своим рецепторам. В подавляющем большинстве случаев изменение характера жизнедеятельности организма в ответ на изменение условий внешней среды происходит при участии нескольких анализаторов, и тогда провести четкую грань между ними практически невозможно. Например, в регуляции позы принимают участие вестибулярный аппарат, гравирецепторы и проприорецепторы мышц, тактильные рецепторы кожи, рецепторы органа зрения. Кроме того, в данном случае все системы анализаторов имеют один и тот же исполнительный механизм – опорно-двигательный аппарат. Еще труднее выделить отдельные анализаторы в том случае, когда выбор реакции на внешнее возмущение осуществляется сознательно.