В. Симфония жизни (популярная физиология человека) москва «физкультура и спорт» 1989



страница4/13
Дата23.04.2016
Размер3.58 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
% кислорода и 0,03 % углекислого газа, а выдыхает воздух, в котором кислорода 16,2 %, а СО2 4 %. Нетрудно рассчитать, что за минуту в покое человек поглощает 250 мл кислорода и выделяет 200 мл углекислого газа. За сутки его выделяется даже в состоянии покоя более 300 литров. Механизмы, способствующие его удалению, очень интересны.

Мы говорили, что кровь переносит большие количества СОг благодаря наличию в ней веществ типа соды. Углекислый газ при соединении с водой дает угольную кислоту (поэтому его называют угольным ангидридом); в виде солей этой кислоты он и переносится. В тканях, где его много, реакция идет в сторону образования угольной кислоты. В легких же это соединение, будучи непрочным, распадается, т. е. реакция идет в сторону освобождения углекислого газа. Однако при всей ее непрочности угольная кислота распадается в 2000 раз медленнее, чем это нужно для отдачи углекислого газа быстро проносящейся мимо альвеол кровью. Как организм выходит из этого положения? Оказалось, что на помощь приходит специальный фермент, названный карбоангидразой. Название происходит от наименования того субстрата, с каким связано действие фермента, т. е. угольного ангидрида (от лат. carbo — уголь). Вообще ферментам дают название путем прибавления окончания «аза» к наименованию того вещества, на которое влияет фермент.

Как все ферменты, карбоангидраза лишь ускоряет реакцию, которая идет и без нее, но более медленно. Поэтому в тканях

ускоряется процесс образования угольной кислоты, а в легких

процесс распада ее.

Что такое дыхательный центр?

Нам не приходится заботиться о том, чтобы межреберные мышцы и диафрагма 16 раз в минуту производили дыхательные движения. Этими мышцами управляет дыхательный центр, лежащий в продолговатом мозгу рядом с центрами, которые ведают сердцем и сосудами. В дыхательном центре ритмично с определенной частотой возникают возбуждения, идущие к мышцам. Дыхательный центр подвержен многим рефлекторным влияниям.

Так, если на слизистую оболочку трахеи или бронхов попадает крупная инородная частица (кусочек пищи при поперхивании и т. п.), частица эта, раздражая слизистую, посылает импульсы к дыхательному центру, который в ответ вызывает резкий выдох при сближенных голосовых связках. Струя воздуха, с силой проносясь через узкую щель, увлекает с собой вредную частицу. Так возникает кашель — важный защитник организма, противодействующий засорению дыхательных путей. При их воспалении кашель удаляет накапливающуюся слизь с мертвыми телами микробов. Если раздражению подвергается слизистая носа, струя воздуха при таком же усиленном выдохе направляется через нее — происходит чихание. Группы нервных клеток, управляющие этими сложными рефлексами, называются центрами кашля и чихания. Они связаны с дыхательным центром.

Важное влияние на деятельность дыхательного центра оказы- . вают сигналы, идущие от легких. На высоте вдоха сигналы о растяжении легких бегут по блуждающему нерву в мозг, в результате этого вдох прекращается и начинается выдох. Чем менее растянутым становится легкое, тем меньше сигналов идет в мозг, и в конце выдоха вновь возбуждается та группа клеток дыхательного центра, которая ведает вдохом.

Особенно большое влияние на работу дыхательного центра оказывает содержание в крови углекислого газа, т. е. здесь видную роль играет гуморальная регуляция. Каждый из нас по опыту знает, что если попытаться задержать дыхание, то через несколько десятков секунд появляется непреодолимое желание дышать. В конце концов мы уже не в силах сдержать движений дыхательных мышц, и дыхание возобновляется. Что же так сильно возбуждает дыхательный центр при задержке дыхания?

Если привязать на операционном столе рядом двух собак, перерезать у них сонные артерии (питающие мозг) и скрепить их накрест, т. е. так, чтобы кровь одной собаки питала голову другой, можно найти ответ на наш вопрос. Когда вы зажимаете нос и рот одной из собак, задыхаться начинает другая. У нее появляется учащенное дыхание. Значит, здесь основную роль играет изменение состава крови. Бедная кислородом и богатая углекислотой кровь первой собаки поступает в сонную артерию другой. Здесь она раздражает чувствительные нервные окончания, от которых бегут импульсы к дыхательному центру. Далее кровь омывает непосредственно область дыхательного центра. У второй собаки начинается одышка — учащенное дыхание.



1

Другой, гораздо более простой опыт также покажет нам, что важнейшим раздражителем дыхательного центра является состав крови. Проверьте, сколько секунд вы сможете не дышать после обычного глубокого вдоха. Затем усиленно, чрезмерно дышите в течение 30—40 секунд; такое избыточное дыхание называется гипервентиляцией. Теперь повторите опыт с задержкой дыхания. Вы увидите, что длительность ее более чем удвоится. Путем гипервентиляции вы удаляете из крови больше углекислоты, чем обычно, а кроме того, настолько обогащаете 3 литра альвеолярного воздуха кислородом, что при последующей задержке дыхания первая половина времени уходит на то, чтобы восстановить обычный уровень углекислоты крови и использовать тот избыток кислорода, какой имеется в легких. Лишь после этого начинается изменение газового состава крови в неблагоприятную сторону, заставляющее в конце концов возобновить дыхание. Указанным способом — гипервентиляцией — пользуются искатели жемчуга в южных странах, доводящие путем тренировки длительность пребывания под водой до 5 минут. Такой метод существовал с древнейших времен и действовал надежнее акваланга.

Искусственное дыхание как мера помощи

Понимание механизмов регуляции дыхания позволяет правильно подойти к практически важному вопросу об оказании помощи при ряде несчастных случаев.

Как ни различны между собой вода и электрический ток, люди, утонувшие и пораженные током, погибают при сходных условиях. Вначале у них прекращается работа дыхательного центра и лишь затем перестает сокращаться сердце. Именно на этом основана возможность возвращения их к жизни.

Хорошим средством возбуждения дыхательного центра является искусственное дыхание, при котором возникают сигналы от растягиваемых легких и дыхательных мышц, направляющиеся в мозг. Поэтому искусственное дыхание является в подобных случаях главной мерой помощи.

Понятно, что прежде, чем начинать у вытащенного из воды искусственное дыхание, надо удалить воду из дыхательных путей. Для этого пострадавшего кладут грудью к себе на колено так, чтобы голова и плечи свешивались вниз, и сдавливают грудную клетку. Рот должен быть предварительно открыт и очищен от слизи. При этом надо беречь пальцы, так как челюсти пострадавшего могут внезапно сомкнуться. Только после этого приступают к искусственному дыханию. Оно при реанимации решает две задачи: с одной стороны, произвести вентиляцию легких и насыщать кровь кислородом (это очень важно, если еще не прекратилась работа сердца), с другой — стимулировать дыхательный центр; об этой стороне часто не знают, а ведь она имеет огромное значение. Понятно, что гарантией успеха при искусственном дыхании является своевременное проведение его. Рассказ об этой мере помощи можно было бы поэтому озаглавить: «Пока бьется сердце».

Распространенные раньше среди малообразованных людей откачивание утопленника и закапывание в землю пострадавшего от тока ничего, кроме вреда, принести не могли. Конечно, иногда человек выживал, даже несмотря на это гибельное вмешательство. Однако очень часто именно такая «помощь» и оказывалась роковой. Вспомним рассказ А. П. Чехова «Скорая помощь». Вытащив из реки пьяницу и приняв его за утопленника, крестьяне «закачали» его «до смерти и ушли, решив, что «значит, планида ему такая, не на суше, а в воде смерть принять».

Дыхание в горах и под водой

Чем выше поднимается человек в горы или чем выше поднимает его самолет, тем более разреженным становится воздух. На высоте 5,5 км над уровнем моря атмосферное давление уменьшается почти вдвое; в той же мере снижается и содержание кислорода. Уже на высоте 4 км нетренированный человек может заболеть так называемой горной болезнью. Однако путем тренировки можно приучить организм к пребыванию и на более значительных высотах. Даже при покорении Эвереста герои-альпинисты не пользовались кислородными приборами. Как же организм приспосабливается к бедному кислородом воздуху?

Основную роль здесь играет увеличение числа эритроцитов, а значит, и нарастание количества гемоглобина крови. У жителей горных областей количество эритроцитов доходит до 6 и более миллионов в 1 мм3 (вместо 4 млн в обычных условиях). Понятно, что при этом кровь получает возможность захватывать больше кислорода из воздуха.

Между прочим иногда люди, побывавшие в Кисловодске, относят увеличение количества гемоглобина в их крови за счет того, что они хорошо отдохнули и поправились. Дело, конечно, не только в этом, но и просто во влиянии горной местности.

Водолазы и те, кто трудится в кессонах — особых камерах, применяемых при постройке мостов и других гидротехнических сооружений, вынуждены, наоборот, работать при повышенном давлении воздуха. На глубине 50 м под водой водолаз испытывает давление почти в 5 раз выше атмосферного, а ведь ему иногда приходится опускаться под воду на 100 м и более.

Давление воздуха сказывается очень своеобразно. Человек работает в этих условиях часами, не испытывая от повышенного давления никаких неприятностей. Однако при быстром подъеме наверх появляются острые боли в суставах, кожный зуд, рвота; в тяжелых случаях отмечались смертельные исходы. Отчего это происходит?

В обыденной жизни мы не всегда задумываемся над тем, с какой силой давит на нас атмосферный воздух. Между тем его давление весьма велико и составляет около 1 кг на каждый квадратный сантиметр поверхности тела. Последняя у человека среднего роста и веса равна 1,7 м2. В итоге атмосфера давит на нас с силой в 17 тонн! Мы не ощущаем этого огромного сдавливающего воздействия потому, что оно уравновешивается давлением жидкостей тела и растворенных в них газов. Колебания атмосферного давления вызывают ряд сдвигов в организме, что особенно ощущают больные гипертонией и болезнями суставов. Ведь при изменении атмосферного давления на 25 мм рт. ст. сила давления атмосферы на тело меняется более чем на полтонны! Организм должен уравновесить этот сдвиг давления.

Однако, как уже сказано, пребывание под давлением даже в 10 атмосфер относительно неплохо переносится водолазом. Почему же быстрый подъем может оказаться смертельным? Дело в том, что в крови, как и во всякой другой жидкости, при повышенном давлении соприкасающихся с ней газов (воздуха) эти газы растворяются более значительно. Составляющий 4/s воздуха азот, совершенно безразличный для организма (когда он находится в виде свободного газа), в больших количествах растворяется в крови водолаза. Если давление воздуха быстро снижается, газ начинает выходить из раствора, кровь «кипит», выделяя пузырьки азота. Пузырьки эти образуются в сосудах и могут закупорить жизненно важную артерию — в сердце, мозгу и т.п. Поэтому водолазов и рабочих кессонов очень медленно поднимают на поверхность, чтобы газ выделялся только из легочных капилляров.

Как ни различны эффекты от пребывания высоко над уровнем моря и глубоко под водой, есть одно связывающее их звено. Если человек очень быстро поднимается на самолете в разреженные слои атмосферы, то выше 19 км над уровнем моря нужна полная герметизация. На этой высоте давление снижается настолько, что вода (а стало быть, и кровь) закипает уже не при 100 °С, а при температуре тела. Могут возникнуть явления декомпрессионной болезни, по своему происхождению аналогичной кессонной болезни.

Чем дышат в полете космонавты?

При создании космических кораблей надо было, естественно, обеспечить нормальные условия среды для посланцев Земли, покидающих нашу планету. Первой и важнейшей задачей было дать космонавтам газовую среду, необходимую для полноценного дыхания. Советские и американские конструкторы пошли в этом вопросе разными путями. На наших кораблях обеспечена та же среда, что и на земле. Космонавты дышат атмосферным воздухом. Решить подобную задачу было не просто, но она была решена. Американские космонавты дышат чистым кислородом под пониженным давлением. Так проще, но опаснее. Однажды при подготовке корабля к старту на его борту возник пожар, погубивший экипаж.

Таким образом, советские и американские космонавты в буквальном смысле слова дышат разным воздухом. При стыковке советского и американского кораблей пришлось специально предусматривать наличие шлюзовой камеры. Для перехода в американский корабль советские космонавты вступали в эту камеру, из нее выкачивался воздух нашего корабля и накачивался кислород американского. Только после этого открывался вход в корабль американцев.

Беседа 5

ПОЛУЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ И ТОПЛИВА Маршруты шести основных питательных веществ

Снабжение всех клеток тела питательными веществами, без притока которых невозможен метаболизм непрерывно распадающегося и вновь синтезируемого белка, осуществляется специальной системой организма — органами пищеварения.

Для нормального хода обмена веществ, т. е. для поддержания жизни, клеткам тела необходимо шесть видов питательных веществ: белки, жиры, углеводы, вода, минеральные соли и витамины. О значении каждого вида питательных веществ и о количествах важнейших из них в нормах питания будет сказано дальше. Здесь мы займемся тем, как именно изменяются эти вещества в органах пищеварения.

В тех животных и растительных продуктах, которые мы употребляем в пищу, содержатся все необходимые человеку виды питательных веществ. Однако сами по себе хлеб, мясо, молоко, масло и другие продукты, с которыми мы имеем дело, не могут усваиваться клетками тела. Больше того, если мы введем человеку непосредственно в кровь стакан молока, это будет равносильно смертной казни. Белки, жиры и углеводы пищи могут усваиваться клетками тела лишь после определенной подготовки. Она состоит в том, что в органах пищеварения сложнейшие органические вещества — белки, жиры и углеводы — расщепляются на более простые, на те «кирпичики», из которых состоят их молекулы. Только такие кирпичики могут использоваться в ходе обменных процессов клеток нашего тела.

Белки состоят из аминокислот. На эти «кирпичики» они и должны быть расщеплены в пищеварительном канале.

Жиры представляют собой соединение глицерина с жирными кислотами. Одна молекула глицерина связана с тремя молекулами жирных кислот. Кислот этих имеется несколько, а потому при соединении с глицерином разных кислот получаются разные жиры. Глицерин нам хорошо известен. Что касается жирных кислот, то используемое в быту мыло представляет собой смесь натриевых или калиевых солей этих кислот. Получают мыло путем соответствующей обработки жиров животных, позволяющей отделить жирные кислоты от глицерина. Аналогичный процесс происходит и в пищеварительном канале.

Сложные углеводы — крахмал, клетчатка и др. — состоят из «кирпичиков», называемых моносахаридами. Типичным моносахаридом является глюкоза — виноградный сахар. Глюкоза, как и ряд других моносахаридов, представляет собой цепочку из 6 атомов углерода, к которым «сбоку» присоединяются атомы водорода и кислорода так, что в среднем на 1 атом углерода приходятся 2 водородных и 1 кислородный атом, т. е. как бы одна молекула воды, имеющей, как мы помним, формулу Н20. Поэтому данная группа соединений и получила название углеводов.

Таким образом, если вода, минеральные соли и витамины могут использоваться клетками тела в таком виде, в каком поступают с пищей, то белки должны быть расщеплены до аминокислот, жиры — до глицерина и жирных кислот, а углеводы — до моносахаридов типа глюкоза.

В этом и состоит обязанность органов пищеварения. Пища подвергается, с одной стороны, механической обработке (размельчение, растирание, перемешивание и пр.), с другой стороны — обработке химической, т. е. собственно расщеплению на простейшие вещества. Выполняют эту функцию особые жидкости — пищеварительные соки, главным действующим началом которых являются опять-таки ферменты. Таким образом, и в органах пищеварения основные работники — это, во-первых, мышечные клетки, осуществляющие механическую обработку и передвижение пищи, и, во-вторых, клетки желез, выделяющие пищеварительные соки, богатые ферментами.

Как устроены органы пищеварения

Начинается пищеварительный канал полостью рта. Здесь первыми рабочими органами являются мускулатура и зубы. Покрывающая зубы эмаль — это самое твердое вещество в нашем теле. Вторую группу работников в полости рта составляют слюнные железы — три пары крупных и множество мелких. Они вырабатывают первый пищеварительный сок — слюну. От каждой крупной железы идет тоненькая трубочка — проток, который открывается в полости рта.

После полости рта следует глотка (название явно связано со словом «глотать»), затем начинается пищевод. Перед глоткой происходит как бы перекрест дыхательных и пищеварительных путей. В самом деле, в заднюю часть полости рта, переходящую в глотку и носящую название носоглотки, полость носа открывается позади собственно полости рта. Между тем идущие далее дыхательные пути — гортань и трахея — располагаются впереди глотки и пищевода. Значит, при глотании пища пересекает дыхательные пути. Чтобы она не попадала в них, имеются специальные защитные приспособления. В момент глотания мягкое нёбо закрывает доступ в полость носа, а надгортанник и корень языка «заслоняют» вход в гортань. Если этот механизм срабатывает плохо, мы можем поперхнуться. В таких случаях говорят, что пища попала в дыхательное горло. Мера защиты, к которой в этих обстоятельствах прибегает организм, нам уже известна — кашле вой рефлекс.

После 25-сантиметровой трубки пищевода пища попадает в желудок — мышечный мешок, в слизистой оболочке которого расположена масса мельчайших железок, микроскопические выходы из которых усеивают всю слизистую оболочку. Железы эти вырабатывают желудочный сок — второй по порядку и один из важнейших по значимости пищеварительный сок. У человека желудок вмещает 1,5—3 литра. У жвачных животных (крупный и мелкий рогатый скот, лошади), употребляющих малопитательную растительную пищу, а потому вынужденных перерабатывать огромные количества ее, емкость органов пищеварения гораздо больше. Брюшные внутренности составляют у них до трети объема тела. У коров, коз и овец желудок состоит из 4 камер, причем первая из них — рубец — является как бы складом для пищи, которая по временам обратно отрыгивается в полость рта и повторно пережевывается. Емкость рубца даже у таких сравнительно небольших животных, как козы и овцы, достигает 23 литров! Это в 8 раз превышает емкость желудка человека.

Следующим после желудка отделом органов пищеварения являются тонкие кишки, длина которых у человека составляет в среднем 6 метров. Только извиваясь и образуя множество петель, они помещаются в полости живота. На всем своем протяжении тонкая кишка как бы подвешена к задней стенке брюшной полости посредством брыжейки, образованной двумя слоями брюшины, между которыми идут к кишке сосуды и нервы. Начальная часть тонкой кишки имеет наибольшее значение и называется двенадцатиперстной кишкой. Рядом с ней лежит важнейшая пищеварительная железа — поджелудочная, проток которой впадает в двенадцатиперстную кишку и несет третий пищеварительный сок. Четвертый — кишечный сок образуется в массе микроскопических железок, расположенных под слизистой оболочкой кишки на всем ее протяжении. Наконец, имеется и пятый сок, которому, как увидим, принадлежит лишь вспомогательное значение. Это — желчь, вырабатываемая печенью и поступающая по специальному протоку также в двенадцатиперстную кишку.

Справа в нижней части брюшной полости тонкая кишка впадает в толстую. Последняя в виде своего рода рамы обходит всю полость живота и переходит в прямую кишку, из которой удаляются непереваренные остатки пищи.

Описанное устройство органов пищеварения было давно из* вестно науке. Однако работа их была подробно изучена лишь И. П. Павловым.

Павловские методы изучения пищеварительных желез

Чтобы изучить состав и действие пищеварительных соков, надо было получать их в чистом виде. До Павлова никто из физиологов добиться этого не мог. Высшим достижением считалась, например, следующая операция. Для получения сока поджелудочной железы вскрывали у собаки брюшную полость, находили железу и ее Проток; проток перерезали, вставляли в него стеклянную трубочку, и за те немногие минуты, пока животное еще оставалось живым, получали несколько капель чистого сока. И. П. Павлов выступил решительно против подобных операций. Потому, заявил он, и находится в тупике изучение пищеварительных желез, что изучаются соки либо загрязненные, либо полученные от умирающего животного. Такие данные не могут продвинуть науку вперед.

Завершив свои исследования по физиологии кровообращения, И. П. Павлов взялся за преодоление трудностей, стоявших перед наукой о пищеварении, и не только вывел этот раздел физиологии из тупика, но и создал принципиально новую физиологическую методику. Как мы уже говорили в беседе 1, вместо методики острых опытов, проводимых на операционном столе,

Павлов ввел в физиологию методику хронических опытов, чем открыл новую эпоху в развитии нашей науки — эпоху синтеза.

Для получения чистого сока поджелудочной железы у здоровой собаки И. П. Павлов вскрывал брюшную полость животного и, найдя проток железы, не перерезал его, а отыскивал место стенки двенадцатиперстной кишки, куда впадает проток. Этот кусочек стенки Павлов вырезал, чем полностью отделял проток от кишки, ничуть не повреждая его. Далее, зашив образовавшееся отверстие в кишке, экспериментатор пришивал кусочек ее стенки с открывающимся на нем протоком к краям брюшной раны отверстием протока наружу. Получалось, что поджелудочный сок вытекал теперь не в кишку, а наружу, в воронку, подставленную экспериментатором. Через несколько дней собака поправлялась после перенесенной операции, и теперь в течение ряда лет можно было получать при работе железы чистый поджелудочный сок у совершенно здорового животного. При наличии остальных желез отсутствие сока одной из них не приводило к нарушениям жизнедеятельности. Таково уж замечательное свойство симфонии жизни — здесь большей частью имеет место избыточность, множественное обеспечение функций, в силу чего всегда или почти всегда есть резервные возможности.

Аналогичным путем И. П. Павлов получал и чистую слюну, и желчь.

Поскольку желудок не имеет крупных желез, протоки которых можно было бы вывести, Павлов просто «выкраивал» из желудка маленький желудочек, который и соединял с внешним миром. Полость искусственного желудка отделялась от полости большого желудка, но все сосуды и нервы при этом сохранялись. В результате у животного работали два желудка — один для собаки, другой для науки.

Подобным же способом изучался кишечный сок. Одна из петель тонкого кишечника вырезалась (с сохранением ее брыжейки, содержащей сосуды и нервы) и концы ее вшивались в кожу живота. Теперь можно было не только собирать сок, но и следить за движениями кишки: в один конец ее вводили какой-нибудь предмет, например маленький шарик, который вываливался из другого конца изолированной кишечной петли.

Совершенно исключительную по смелости операцию разработал Павлов в целях получения больших количеств желудочного сока. Еще в 1842 году русский хирург Басов предложил делать фистулу желудка — вводить в желудок трубку (через разрез живота), которая позволяла бы затем в любой момент получать содержимое желудка. Операция Басова была предтечей хронических опытов Павлова. Однако сок получался нечистый, смешанный с остатками пищи. Поэтому Павлов и сконструировал

маленький желудочек. Вместе с тем выдвигалась новая задача. Сок был необходим не только для ученых, но и для больных, страдавших пониженной желудочной секрецией. В целях получения больших количеств чистого сока Павлов предложил следующее. Собакам с басовской фистулой желудка была сделана вторая операция. Он перерезал у них пищевод и оба конца его пришивал отверстиями наружу к коже. После такой операции ни одна капля пищи не загрязняла желудочного сока. При еде проглоченные куски пищи тотчас вываливались обратно в чашку, собака вновь глотала их и т. д. Одни и те же куски она могла есть 3—4 часа подряд, а из желудка целыми литрами тек чистый сок. Павлов назвал этот замечательный опыт «мнимым кормлением», а собак с такой операцией — «дойными коровами желудочного сока». Каким же образом, спросит читатель, собаки могли жить, если проглоченная пища не попадала в желудок? По-видимому, другие читатели объяснят ему, что через ту же фистулу, через которую льется сок, можно «загружать» желудок пищей. Допустимо ли так мучить животное? Право, никаких мук здесь нет. Наоборот, процесс длительной еды без насыщения — не удовольствие ли это? Одно из величайших благ, какое обещает священное писание мусульман праведникам в раю, — это любовные услады с гуриями, не приводящие к насыщению.

Виртуозная хирургическая техника Павлова и его несравненная изобретательность в создании все новых оперативных методик давали основание утверждать, что если бы он не был великим физиологом, то, конечно, стал бы великим хирургом. Предложенные им операции позволили подробно изучить органы пищеварения. Исследования эти принесли Павлову мировую славу. В 1904 году ему, первому из русских ученых, была присуждена за эти работы Нобелевская премия.

Как переваривается и всасывается пища

Мы говорили уже, что пища подвергается механической и химической обработке. В полости рта основную роль играет подготовительная механическая обработка — зубы превращают пищу в мелко растертую влажную кашицу. Однако уже и во рту начинается — под действием слюны и ее ферментов — расщепление сложных углеводов. Крахмал хлеба, картофеля, различных групп под действием фермента амилазы превращается в мальтозу. Углевод этот состоит всего из двух частичек глюкозы, которые тут же под действием фермента мальтазы расщепляются с образованием моносахарида глюкозы. По опыту жизни мы знаем, что, действительно, если задержать хлеб во рту, он постепенно приобретет сладковатый вкус. Однако обычно пища надолго во рту не задерживается, и ферменты слюны, проглоченные вместе с пищевым комком, продолжают свою работу уже в желудке. Это очень важно, ибо желудочный сок на углеводы не действует. Его главными частями являются фермент пепсин и гастриксин, расщепляющие белки, и соляная кислота, без которой эти ферменты на белки практически не влияют. Пробыв в желудке 3—8 часов, пища переходит в тонкие кишки, по которым продвигается примерно в течение 6—7 часов, подвергаясь действию ферментов поджелудочного и кишечного соков. Особенно велико значение сока поджелудочной железы, который, как видно из прилагаемой таблицы, влияет и на белки, и на жиры, и на углеводы. Не случайно люди с резко пониженной желудочной секрецией могут жить и работать — их спасает деятельность поджелудочной железы. Поджелудочного сока меньше, чем других соков, но он является самым ценным. Однако как ни ценен поджелудочный сок, без кишечного сока и желчи он не может проявить свою силу. С одной стороны, в лабораториях Павлова было открыто, что сам по себе трипсин, содержащийся в соке поджелудочной железы, будучи получен прямо из ее протока, не действует на белки. Стоит ему, однако, соприкоснуться со слизистой оболочкой кишки, хотя бы с тем ее кусочком, который окружает пришитое к коже отверстие протока, и трипсин приобретает всю свою силу. Оказалось, что железы кишечника вырабатывают фермент фермента — энтеро-киназу, которая и превращает триПсиноген в активную форму. Вспомним, что и пепсин сам по себе мало активен и приобретает силу лишь там, где к нему прибавляется соляная кислота. И то, и другое биологически оправдано. Если бы пепсин и трипсин вырабатывались сразу в активной форме, они расщепили бы белки тех клеток, которые их вырабатывают. Железы желудка и поджелудочная железа пали бы жертвами собственных соков.

Таким образом, с одной стороны, поджелудочному соку помогает кишечный сок, с другой стороны, ему помогает желчь. Именно она позволяет нормально переваривать и всасывать жиры. Хотя в желчи нет ферментов, она активирует действие расщепляющих жир ферментов поджелудочного сока. Недаром при заболеваниях печени организм плохо усваивает жирную пищу.

Возвращаясь к кишечному соку, следует указать, что он, помимо помощи трипсина, имеет и самостоятельное значение. Именно он расщепляет один из важнейших продуктов питания — сахар. Только кишечным соком расщепляется и важнейший углевод молока — молочный сахар, лактоза.




В основном действуют уже в желудке


Действует лишь в кислой среде

Его ферменты




Примечания


Пищеварительный сок

Мы говорили уже, что химической обработке пищи способствует механическая ее обработка, осуществляемая благодаря движениям стенок пищеварительного тракта. Здесь отмечаются движения в основном двух видов. Во-первых, происходят так называемые маятникообразные сокращения, при которых определенный отрезок кишки становится то тоньше и длиннее, то

Слюна (около 1 л в сутки)


Действие этих ферментов

Амилаза


Расщепляет крахмал до мальтозы

Мальтаза


Пепсин


Желудочный сок (около 3 л в сутки)


Липаза

Трипсин Химотрипсин

Липаза



Слабый фермент

Активируется энтерокиназой

Активируется желчью



Расщепляет мальтозу до глюкозы Расщепляет белки до альбумоз и пептонов (промежуточные продукты распада белков)


Поджелудочный сок (до 2 л в сутки)



Расщепляет жиры

Расщепляет белки до аминокислот



Амилаза

Мальтаза


Энтерокиназа

Эрепсин



Кишечный сок (около 3,5 л в сутки)


Расщепляет жиры (самый сильный фермент этого рода) Аналогичны таковым слюны

Фермент фермента, активирует трипсин

Расщепляет альбу-мозы и пептоны до аминокислот (как бы «доделывает» то, что было начато пепсином)


Слабый фермент


Липаза

Инвертин


Лактаза


Амилаза Мальтаза


Желчь (около 1 л в сутки)


Способствует перевариванию и всасыванию жиров


Расщепляет жиры Расщепляет сахар на глюкозу и фруктозу Расщепляет молочный сахар на глюкозу и галактозу Аналогичны таковым слюны и поджелудочного сока толще и короче. При этом заключенная в нем пищевая кашица энергично перемешивается. Во-вторых, происходит так называемая перистальтика — в направлении от желудка к кишечнику пробегают во всей длине пищеварительной трубки волны сокращения мышц, продвигающие пищевую массу все дальше и дальше по узкому «коридору» пищеварительного тракта. В общей сложности пища тратит на прохождение всей этой трассы около суток. У травоядных животных, имеющих гораздо более длинный кишечник, время прохождения пищи значительно больше. Пищевые остатки выбрасываются у них через несколько суток после приема пищи (у овцы — через неделю).

В результате процесса пищеварения около 90 % содержащихся в пище ценных питательных веществ расщепляется и превращается в усвояемые для организма продукты. Значение тонкой кишки состоит не только в. том, что в ней завершается процесс переваривания пищи, но и В том, что здесь происходит ее всасывание. Слизистая оболочка кишки имеет бархатистый вид из-за массы крохотных выпячиваний ее, которые так и называются ворсинками. Этим поверхность слизистой оболочки увеличивается в 300—500 раз. В каждую ворсинку входят кровеносные и лимфатические сосуды, в которые и поступают, всасываются продукты переваривания пищи, а также ряд прочих веществ пищи, не нуждающихся в переваривании — вода, соли и витамины. Поступают и некоторые вещества, подчас вредные для организма.

Пристеночное пищеварение и микробы-помощники

Согласно классическим представлениям о процессах переваривания пищи, основные события происходят в полости желудочно-кишечного канала. Туда поступает пищевой комок, на который действуют изливающиеся туда соки уже знакомых нам желез, богатые соответствующими ферментами.

Однако помимо этого механизма пищеварения, названного полостным, есть и другой. Его открыл известный советский физиолог Александр Михайлович Уголев. Этот механизм носит название пристеночного или мембранного пищеварения. Как выяснилось, ворсинчатая структура тонкой кишки, в громадной степени увеличивающая ее действующую поверхность, нужна не только для эффективного всасывания. Полостным пищеварением обеспечивается расщепление молекул белков, жиров и углеводов на относительно крупные части, после чего в простеночной зоне, на поверхности ворсинок происходит дальнейшее их размельчение, доведение до самых элементарных «кирпичиков» — аминокислот, жирных кислот и моносахаридов.

Работами последних лет показано также, что переваривать пищу и обеспечивать нас необходимыми веществами помогают в известной мере микробы, населяющие кишечник. Так называемые балластные вещества, например клетчатка, нужны не только для обеспечения двигательной функции кишечника, но и как ресурс для полезных нам микроскопических помощников в деле пищеварения.

Конечно, среди микробов, особенно живущих в толстой кишке, имеется немало таких, которые вызывают гнилостные процессы и приносят вред, о чем мы еще будем говорить. Поэтому решать однозначно вопрос о том, полезно или вредно для нас наличие в кишечнике микробов, было бы неверно. Микробное население кишечника является одновременно фактором и положительным, и отрицательным. Надо ценить помощь полезных микроорганизмов и вместе с тем ограничивать нежелательные действия вредных «квартирантов».

В ходе всасывания продукты переваривания жиров переходят в лимфу, которая в сосудах, идущих от кишок, имеет беловатый цвет и называется млечным соком. Кстати, цвет молока также обусловлен мельчайшими капельками жира (жировой эмульсией), делающими его непрозрачным и белым. Остальные вещества всасываются в основном в кровь, которая собирается в воротную вену и течет в печень.

Чем занимается печень?

Вот мы и снова сталкиваемся с этим органом. Каковы же обязанности печени? Какую партию в физиологическом ансамбле исполняет этот массивный орган, по весу своему (2,5—3 кг) превышающий сердце почти в 10 раз?

Мы видели, что печень, во-первых, является депо крови, во-вторых, вырабатывает столь важную для хода пищеварения желчь. Однако это не главные ее функции, а, так сказать, работа по совместительству. Изучение главной функции печени является в значительной мере заслугой опять-таки И. П. Павлова.

Он первый сумел успешно выполнить сложнейшую операцию — соединить воротную вену с нижней полой веной так, чтобы кровь от кишечника непосредственно вливалась в общий кровоток, в обход печени. При таких условиях животное жить не могло и гибло большей частью уже к концу первых суток; причиной было тяжелое отравление. Таким образом, выяснилось, что печень — это барьер на пути в организм всевозможных веществ, всасывающихся в кишечнике. Барьер этот фильтрует кровь, убирая из нее и обезвреживая то, что может повредить организму. Вместе с тем печень выполняет важнейшее дело по переработке всосавшегося пищевого сырья. Из аминокислот она создает белки, соответствующие белкам тела; кровь разносит эти белки ко всем клеткам наших тканей. Печень создает из глюкозы сложный углевод — гликоген (животный крахмал), запасы которого — до 300 г — всегда имеются в ее клетках. Печень вырабатывает вещество, способствующее кроветворению, и т. п. Иными словами, печень является центральной химической лабораторией тела. Процессы обмена идут в этом органе настолько бурно, что температура печени выше, чем температура любого другого органа (38—38,5 °С). Недаром когда-то печень вообще считали источником тепла в теле.

Деятельность толстых кишок

Из тонкой кишки остатки пищи, смешанной с пищеварительными соками, поступают в толстую кишку, где из них формируются каловые массы, выбрасываемые из организма. Важнейшей обязанностью толстой кишки является всасывание жидкости, уплотнение пищевых остатков. В этом отношении толстая кишка выполняет большую работу. В самом деле, помимо тех 2 литров жидкости, которые мы в среднем вводим с пищей и питьем, в полость пищеварительной трубки изливается около 10 литров соков. Если бы вся эта жидкость терялась для организма и выбрасывалась с калом, нам надо было бы пить в 5 раз больше. Однако вода, составляющая жидкую основу всех соков, всасывается почти вся обратно — лишь около 100 г ее выделяется в составе кала.

Существенную часть кала — до '/з. а иногда и '/г массы — составляют тела бесчисленных микробов, обитающих в кишечнике. Один ученый вычислил, что ежесуточно мы выбрасываем из организма 130 триллионов микробных тел. Среди них встречаются и патогенные, болезнетворные микробы. Населяя наш толстый кишечник, микробы паразитируют на остатках пищи, не являясь участниками ее переваривания. Более того, они вызывают гниение непереваренных белковых остатков, а это, как мы узнаем дальше, отнюдь не безобидно для нашего организма. У жвачных животных микробы пищеварительного тракта, напротив, полезны. Главным углеводом растений является клетчатка. В чистом виде это всем известная вата. Клетчатка имеет огромное народнохозяйственное значение, составляя основу древесины, бумаги, хлопчатобумажных тканей и т. д. Молекула клетчатки, как и молекула крахмала, построена из той же глюкозы. Однако в клетчатке эти «кирпичики» связаны очень прочно и не расщепляются нашими пищеварительными соками.

Микробы же располагают ферментами, расщепляющими клетчатку. Поэтому, паразитируя в пищеварительных путях травоядных животных, микробы приносят своим хозяевам немалую пользу, помогая им частично утилизировать неудобоваримую клетчатку.

Как регулируется работа пищеварительного аппарата

Всей многообразной деятельностью органов пищеварения постоянно управляет нервная система. С одной стороны, нервная система руководит механической обработкой пищи, т. е. всеми движениями пищеварительных органов, от работы жевательных мышц до перистальтики кишечника. При этом в деятельность вовлекается ряд сложных рефлекторных механизмов. Типичным примером таких рефлексов является глотание. Происходит оно лишь в том случае, если возникает раздражение (комочком пищи, каплей слюны и т. п.) задней части нёба и корня языка. Раздражение это передается в мозг, и в ответ летят импульсы, пускающие в ход сложные, согласованные движения мышц рта, нёба, глотки. Если во рту нет ни капли слюны, т. е. если нам нечего проглотить, то глотание невозможно (проверьте!).

Когда в желудок попадает вещество, сильно раздражающее слизистую оболочку, возникает защитный рефлекс — рвота. Содержимое желудка выбрасывается обратно через рот. Возникает рвота и при некоторых болезнях желудка.

Управляя механической обработкой пищи, нервная система, с другой стороны, регулирует и химическую обработку ее. Последнее было блестяще доказано И. П. Павловым. До его исследований ученые неоднократно убеждались, что при раздражении веточек блуждающего нерва, идущих к желудку, сокоотделение не меняется. Основываясь на этом, пришли к выводу, что мозг не влияет на главные пищеварительные железы. И. П. Павлов доказал обратное и тем сделал еще один шаг к утверждению концепции нервизма. Вот его опыт. У собаки с фистулой желудка и перерезанным пищеводом Павлов находит желудочные ветви блуждающего нерва, зацепляет их ниточкой, оба конца которой выводит наружу, и зашивает рану. Теперь в любой момент, дернув за нитку, можно прервать нервный путь. И вот на лекции демонстрируется опыт «мнимого кормления». Собака жадно вновь и вновь проглатывает один и тот же кусок мяса, из желудка обильно течет сок. Ученый подходит к животному и дергает за нитку. Собака продолжает жадно есть, но из желудка теперь не вытекает на капли сока. Значит, работой желез желудка управляет нервная система. Пища раздражает вкусовые рецепторы языка, от них бегут импульсы в мозг, возбуждающие пищевой центр. Возбуждение его — это и есть аппетит. От центра по блуждающему нерву летят сигналы, пускающие в ход железы желудка, поджелудочную железу и т. д. И здесь главенствует закон рефлекса. Значит, не оттого мы чувствуем аппетит, что в желудке появился сок (как думали до Павлова), а, наоборот, аппетит — возбуждение пищевого центра — вызывает отделение сока. Поэтому громадное значение имеют вкус, запах пищи, красивая сервировка стола — все, что способствует аппетиту, который улучшает работу желез, помогает лучше усваивать пищу. Если мы за едой занимаемся посторонним делом, это мешает возбуждению пищевого центра, ухудшает переваривание пищи. Первый, «аппетитный» сок имеет, по Павлову, огромное значение.

Почему же прямое раздражение блуждающего нерва не давало у предшественников Павлова никакого эффекта? И. П. Павлов выяснил, что в этом нерве идут не только волокна, усиливающие работу желез, но и волокна, тормозящие ее. Понятно, что раздражение синхронно тех И других не могло быть результативным.

Помимо влияния через рецепторы полости рта, пища влияет на железы и через рецепторы желудка, кишечника, а также через кровь. Павлов подробно изучил влияние разных видов пищи на железы. Например, мясные и овощные отвары возбуждают железы желудка, жир тормозит их работу, угнетает ее. Стало ясно, почему жирное мясо — тяжелая пища. Ведь мясо — продукт белковый, требующий участия пепсина, а жир угнетает железы желудка. При «том пепсин не выделяется и вся работа ложится на поджелудочную железу, которую жир, наоборот, возбуждает.

Труды И. П. Павлова по физиологии пищеварения удостоены Нобелевской премии.

Однако главное дело его жизни еще впереди. Можно представить себе величие гениального ученого, если еще до своих главных свершений он был первым среди физиологов планеты! В начале 1900-х годов, в возрасте свыше 50 лет, великий ученый перешел к изучению совершенно новой области, которой посвятил всю остальную жизнь. Об этих бессмертных трудах, ставших жемчужиной русской и мировой науки, мы будем говорить, когда дойдем до физиологии мозга.

Процессы обмена веществ и энергии

Основой живой материи является белок. Поэтому наше тело нуждается в непрерывном притоке белка из внешней среды взамен распадающегося в ходе диссимиляции. В отличие от растений, мы, как уже говорилось, не только не можем создавать аминокислот, но не можем даже в достаточной степени превращать их друг в друга. Нам нужны готовые аминокислоты, из которых печень формирует белки, родственные белкам наших тканей. Основными видами пищи, содержащими белок, являются мясо, рыба, молоко, яйца. По характеру своих «кирпичиков», т. е. аминокислотному составу, эти белки сходны с нашими и отличаются лишь иным порядком соединения аминокислот.

Такими же белками, входящими в группу полноценных для нас, являются белки некоторых растений: картофеля, сои. В хлебе, крупах содержатся белки, в которых имеются не все необходимые нам аминокислоты. Однако если разнообразить питание, то несколько белков, входящих в группу неполноценных, дадут вместе полный набор нужных нам аминокислот.

Важнейшей особенностью белков является то, что они не могут откладываться в организме про запас. Каждый день мы должны получать столько белков, сколько необходимо для обмена веществ. Поступающий сверх этого белок все равно разрушается и этим только раздувает пламя метаболизма. В результате этого может ускориться старение организма. Взрослому человеку в сутки требуется около 100 г белка, при тяжелом физическом труде и спортивной тренировке — до 130— 140 г.

Жиры и углеводы, в отличие от белков, могут в организме превращаться друг в друга, а также формироваться из остатков белка. Они могут откладываться про запас. Жиры — в большом количестве, углеводы — лишь в количестве около 600 г, из них 300 г в печени и 300 г в мышцах. В сутки человеку физического труда нужно не более 100, а человеку умственного труда не более. 90 г жиров; углеводов требуется при отсутствии выраженных физических нагрузок 400 г. Последняя цифра кажется непонятно большой, если сравнить ее с потребными количествами белков и жиров, а также учесть то, что для построения живого вещества идут в основном белки и жиры и лишь в небольшой степени углеводы. Однако надо вспомнить, что наряду с пластическим существует энергетический обмен. Самым же «легким» горючим материалом являются углеводы.

Приток энергии необходим как для нормального хода метаболизма (т. е. для самого поддержания жизни), так и для многообразных видов деятельности организма, прежде всего работы мышц. Если человек спокойно лежит, не выполняя никаких движений, не шевеля ни рукой, ни ногой, с пустым желудком и кишечником (чтобы не было никаких дополнительных затрат энергии), то ему требуется в сутки в среднем около 1500 больших калорий, или 6300 килоджоулей. Система единиц СИ упразднила калории как единицы измерения энергии, но для характеристики энергетических процессов в организме они пока еще могут использоваться. Итак, если при полном покое нам требуется примерно 1500 ккал, то в связи с нашей повседневной работой, особенно физической, энергии нужно больше. В случае физической работы умеренной и средней тяжести — до 2500—4000 ккал. Значит, на самоподдержание жизни идет достаточно много энергии. При умеренной работе — половина общего энергетического расхода организма. Для наглядности укажем, что 3000 ккал — это энергия, необходимая, чтобы вскипятить 5 ведер воды.

Те количества белков, жиров, углеводов, которые приведены выше, обеспечивают нам около 3500 ккал. В случае тяжелой физической работы (например, при косьбе) организму бывает нужно до 7000 ккал, что, естественно, требует увеличения рациона. В холодное время года, когда отдача тепла повышена, надо также несколько увеличить содержание в пище углеводов.

До сих пор мы говорили исключительно о белках, жирах и углеводах. Однако помимо них для жизни совершенно необходимо также поступление воды, минеральных солей и витаминов. Вода составляет, как мы уже говорили, около 2/з веса тела. Без нее не может жить ни одна клеточка, ибо химические реакции метаболизма могут идти только в растворах. Сухие вещества не взаимодействуют друг с другом. Даже в костях содержится до '/4 воды. В сутки нам требуется 2— 2,5 литра воды. Однако в случае выполнения большой мышечной нагрузки, а тем более в жаркое время или в горячем цехе пить требуется много больше. Рабочие горячих цехов могут за смену выделять через потовые железы до 10—12 литров воды. Убыль жидкости надо непременно восполнять, причем, как сказано в беседе 2, пить в таких случаях следует подсоленную воду.

Совершенно необходимы нам и минеральные соли. Буквально каждый химический элемент менделеевской таблицы находит в организме свое место. Железо нужно для образования гемоглобина. Цинк — составная часть фермента карбоангидразы и гормона инсулина. Фосфорнокислые соли кальция — основа костной ткани. Фосфор входит также в состав АТФ — одной из вершин биохимической эволюции, о чем уже говорилось в беседе 1. Йод — необходимая часть гормона щитовидной железы, бром — компонент гормона мозгового придатка (гипофиза) и т. д. Наконец, в процессе эволюции все клетки тела, особенно же нервные клетки, приспособились к определенному солевому составу плазмы крови, к определенному соотношению в ней натрия, калия, кальция и магния. Если убрать из крови кальций, наступают судороги и смерть. Все это показывает, что вводимые с пищей минеральные соли для нас жизненно необходимы.

Чрезвычайно важны для организма и витамины, относительно простые органические соединения, вырабатываемые животными и растениями и играющие существенную роль в процессах обмена отдельных тканей. Человек не может вырабатывать витаминов и нуждается в поступлении их с пищей. Важнейшими являются витамины А, В, С, D, Е, К и PP.

Витамины А и D хорошо растворяются в жирах и потому содержатся в рыбьем жире, животном масле, яйцах. Витамин А, кроме того, содержится в несколько измененном виде в моркови, помидорах, абрикосах. При отсутствии этого витамина прежде всего страдает зрение — о причинах этого мы будем говорить, когда коснемся работы глаза. Симптомом недостатка витамина А в этих случаях является так называемая куриная слепота: человек начинает плохо видеть в сумерках. Достаточно 2—3 дня попить рыбий жир, и зрение резко улучшится, а затем постепенно возвратится к норме. Витамин D помогает организму усваивать кальций и фосфор. Поэтому недостаток витамина D прежде всего сказывается в нарушении роста и формировании костей — возникает рахит. Однако дефекты костной системы — лишь одна из сторон названного тяжелого нарушения. Поэтому надо следить за тем, чтобы дети получали достаточно витамина D. Важной особенностью данного витамина является то, что он может, хоть и в небольших количествах, синтезироваться в нашем организме под влиянием солнечных лучей. Поэтому для маленьких детей обязательно дозированное пребывание на солнце.

Остальные витамины хорошо растворяются в воде и содержатся в основном в растительных продуктах. Витамины В (представляющий собой целую группу веществ) и С играют важную роль в процессах метаболизма. Они входят в состав ряда ферментных систем. Отсутствие соединений группы витамина В вызывает нарушения роста и питания организма; может возникнуть тяжелое, кончающееся смертью поражение нервной системы — болезнь бери-бери. Поскольку витамины группы В содержатся в растительных оболочках, мы получаем их достаточно уже в хлебе, где в той или иной мере имеются оболочки зерен. Чем грубее помол, тем больше содержится в муке витаминов данной группы. В странах Азии, где основной пищей ряда групп населения являлся полированный рис, В-авита-миноз встречался нередко. О витамине С — самом популярном из витаминов — много говорить не приходится. Все знают, что недостаток его вызывает болезнь цингу, при которой прежде всего страдают десны, зубы и кровеносные сосуды; сосуды становятся хрупкими, возникает кровоточивость. Витамин С содержится в свежих фруктах и овощах. Особенно много его в шиповнике, хвое, смородине, помидорах, лимонах. Даже сырой картофель содержит вполне достаточно витамина С и является хорошим лекарством при цинге.

О витамине К мы уже говорили, когда разбирали механизм свертывания крови. Витамин РР родствен группе витамина В и нужен для правильной работы нервной системы, кожи, кишечника.

Поскольку центральной лабораторией нашего тела и тела животных является печень, в этом органе имеются наибольшие запасы всех витаминов. Употребление печени в пищу — средство от любого авитаминоза. Любопытно, что в древности у некоторых первобытных племен, еще не порвавших с каннибализмом, существовало мнение об особой ценности печени. Считалось, что съесть печень храброго и сильного человека из поверженных врагов — лучший способ стать сильным и храбрым.

Беседа б

ДВИГАТЕЛИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ТЕЛА Роль движения в нашей жизни

Мы уже знаем, что способность двигаться — важнейшее свойство животного организма. Развитие функции движения подчинило себе устройство и всю жизнедеятельность организма.

Во-первых, биологически человек остается представителем животного царства. Поэтому строение и функции нашего организма в течение миллионов лет эволюции формировались в неразрывной связи с их участием в осуществлении двигательных актов. Не приходится удивляться, что определенный объем двигательной деятельности составляет для человека важнейшее условие сохранения нормального здоровья и работоспособности. Мы еще вернемся в последней беседе к тому, насколько велика сегодня угроза гипокинезии, которую несет с собой технический прогресс.

Во-вторых, движение лежит в основе трудовой деятельности. Как мы уже знаем, самим своим возвышением над миром прочих животных человек обязан именно труду. На заре формирования человека трудовая деятельность была прежде всегомышечной работой. Движения верхних конечностей, занимавшие все большее место в труде, содействовали постепенно тому, что человек освоил вертикальную позу и прямохождение. Без движения не было бы предпосылок для труда и, стало быть, для формирования человека.

В-третьих, движение — необходимый участок нашей психической деятельности. Отцу русской физиологии И. М. Сеченову, о трудах которого мы еще не раз будем говорить, принадлежат известные слова: «Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению — мышечному движению. Смеется ли ребенок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, дрожит ли девушка при первой мысли о любви, создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге — везде окончательным фактом является мышечное движение»8.

Когда великого певца и артиста Ф. И. Шаляпина спрашивали, как он добивается исключительной выразительности своих жестов на сцене, он говорил: «Жест есть не движение тела, а движение души».

Непосредственными исполнителями функции движения являются мышцы. Однако они отнюдь не солируют в нашем ансамбле при исполнении движений. Деятельность их неразрывно связана прежде всего с костно-суставными механизмами. Не случайно мы часто говорим об опорно-двигательном аппарате, в который включаем три системы: костную (скелет), связочно-суставную и мышечную.

Как устроена костная система

Для всех животных, имеющих сколько-нибудь сложное строение, нужна прочная основа тела, к которой бы прикреплялись различные органы.

У насекомых такой основой является наружный покров тела, состоящий из очень прочного вещества — хитина. У высших животных и человека вместо этого развился внутренний костный скелет. Он несет две функции. Во-первых, он является основой, опорой для всех остальных органов и тканей тела; во-вторых, он защищает наиболее важные органы. Так, спинной и головной мозг со всех сторон заключен в костный футляр. Сердце и легкие защищены ребрами. Печень и почки, о которых мы привыкли думать как об органах брюшной полости, находятся в самой верхней ее части и также прикрыты ребрами (печень — почти целиком).

Понятно, что для выполнения этих функций кости приобрели большую прочность. Например, большая кость голени может выдержать сверху по ее оси до 1,5 тонны! Подобная прочность костей обеспечивается двумя факторами: химическим составом и особенностями строения. Состоит кость, во-первых, из солей кальция и фосфора (половина веса), придающих костной ткани твердость, во-вторых — из органических веществ (четверть веса), делающих кость эластичной и упругой. Остальная четверть веса костей — это, как уже знаем, вода. Если вымачивать кость в слабом растворе кислоты, соли кальция растворятся, кость станет гибкой, как лоза. Если же прокаливать кость в печи, сгорят органические вещества, кость потеряет эластичность и будет при ударах раскалываться. Со временем в костях становится больше кальция и меньше органических веществ, поэтому у стариков часты переломы костей. Помимо состава кости, она, как уже сказано, имеет и определенные особенности строения. Так, большей частью наши кости представляют собой трубки, в центральном канале которых размещается костный мозг, вырабатывающий в раннем возрасте эритроциты. Трубчатая форма костей не случайна: трубка прочнее стержня из того же количества материала.

Скелет человека делится на скелет туловища, головы и конечностей. Состоит он из 86 парных (т. е. имеющихся и справа, и слева) и 34 непарных костей. Основные части скелета известны каждому. Мы остановимся поэтому лишь на нескольких деталях. Так, не все знают, что от щеки в верхней ее части, именуемой скулой, к костному бугорку позади уха перебрасывается костный мостик — скуловая дуга. Снаружи она покрыта кожей и ушной раковиной, а под ней залегает ряд жевательных мышц. Только под этими мышцами начинается собственно стенка черепа — костного футляра, заключающего наш мозг.

Составляющий основу костной системы, как бы скелет скелета, позвоночный столб состоит из 24 отдельных позвонков, затем крестца (сросшиеся 5 позвонков) и копчика (сросшиеся 4—5 позвонков). Между позвонками лежат пластинки хряща, что делает позвоночник гибким. К вечеру каждого дня хрящи несколько сплющиваются под тяжестью расположенных выше частей тела, и рост человека уменьшается на 1 —1,5 см. В старости хрящи значительно уплотняются и сплющиваются. К 80 годам человек становится на 5, а то и на 7 см ниже, чем был в 40 лет. Эти изменения позвоночника бывают у всех людей. Однако иногда возникают и некоторые ненормальные явления. Так, школьник, сидя за партой, которая не подходит к его росту, может получить искривление позвоночника; привычка сутулиться, вначале исправимая, может привести также к изменению строения позвоночника. Поэтому надо следить за правильностью осанки детей и вовремя принимать меры к ее исправлению.

Как кости соединяются между собой

Вернемся теперь снова к деятельности нашего опорно-двигательного аппарата. Если бы все кости тела были сращены друг с другом, мы не могли бы двигаться. Однако кости в подавляющем большинстве случаев соединены подвижно. Подвижные соединения костей — это суставы, которые, во-первых, облегчают скольжение костей друг относительно друга, а во-вторых, плотно скрепляют их между собой. Скольжение достигается благодаря тому, что соединяющиеся концы костей имеют соответствующую форму. Если на одной кости — головка, то на другой — ямка и т. п. Покрыты сочленяющиеся концы костей гладким хрящом, который непрерывно смачивается слизистой жидкостью. Прочность же скрепления обеспечивается посредством суставной капсулы, т. е. волокнистой ткани, натянутой между концами костей по всей окружности сустава. Капсула делает суставную полость полностью герметичной. Поскольку растет она медленнее, чем концы костей (аналогично соотношению между легкими и грудной клеткой), в полости сустава давление становится ниже атмосферного. Это как бы присасывает кости друг к другу (подобно тому как выкачивание воздуха из знаменитых магдебургских полушарий настолько скрепило их, что даже лошади не могли побороть это сцепление). Именно потому, что в суставах мы имеем как бы пневматический механизм, изменения атмосферного давления (перед непогодой и т. д.) резко отзываются прежде всего на суставах у соответствующих больных. Значит, во-первых, капсула скрепляет кости, создавая герметичность суставной щели; во-вторых, она скрепляет их дополнительно за счет связок. Пучки особенно плотной волокнистой ткани, проходящие в наиболее ответственных местах капсулы, надежно соединяют кости; отсюда и происходит их название — связки. В общей сложности с каждой стороны тела у нас имеется около 400 связок. Самая крепкая из них — Бертиниева связка, укрепляющая спереди крупнейший сустав тела, тазобедренный. Она выдерживает груз в 350 кг. Очень крепки связки стопы. При подвертывании стопы наружу иногда отрывается даже внутренняя лодыжка, а связки, скрепляющие ее со стопой, остаются целыми.

Душа движения

Как ни велико значение костей и суставов, душой движения являются, конечно, мышцы. По строению клеток мышечной ткани различают гладкие мышцы внутренних органов, не подчиненные нашей воле, и поперечнополосатые (такими кажутся они под микроскопом) мышцы скелета, управление которыми находится в сфере нашего сознания. Промежуточное положение между теми и другими занимает сердечная мышца, имеющая поперечнополосатое строение, но не подчиненная нашей воле. Нас в данной беседе будут интересовать только скелетные мышцы.

Построены мышцы из волокон. Каждое волокно представляет собой как бы колонию сросшихся клеток — много ядер под одной оболочкой. В протоплазме такого волокна проходит масса тонких нитей, которые и обусловливают основное свойство мышц, порождающее движения, — сократимость. Волокна скелетных мышц вытянуты в виде веретен толщиной в 0,01—0,1 мм и длиной до 5—12 см. Когда волокно сокращается, оно становится короче и толще. Вся мышца, состоящая из тысяч волокон, претерпевает те же изменения — она словно «надувается».

Мускулатура толстым слоем одевает скелет, составляя у мужчин в среднем 40 %, у женщин — 30 % массы тела. У хорошо развитых спортсменов мускулатура может занимать половину массы тела и более. Таким образом, мышечная ткань — самая представительная в организме. Она стоит на первом месте, причем очень далеко впереди остальных тканей. Скелетные мышцы имеют две функции. Во-первых, они обеспечивают движения тела и его частей. Во-вторых, они представляют собой мощную дополнительную скрепу, упруго соединяющую все части тела. Эта вторая функция мышц часто недооценивается, а ведь и она имеет очень большое значение.

Ошиблась ли природа?

Слагаясь из массы мышечных волокон, каждая скелетная мышца прикрепляется одним своим концом к одной кости, другим — к другой, перебрасываясь через сустав. Только так она может осуществить движение. При этом получаются кост-но-мышечные рычаги, на которых почти всегда возникает проигрыш в силе.

Рассмотрим, например, сгибание предплечья в локтевом суставе. Предплечье в этом случае можно считать рычагом второго рода с точкой вращения в локтевом суставе. Бицепс

(двуглавая мышца плеча) прикрепляется к локтевой кости в 3 см от оси вращения сустава, а груз, сжимаемый кистью, находится в 30 см от нее. Отношение плеч рычага—10:1. Значит, чтобы удержать в согнутой руке груз в 16 кг, мышцы должны развить усилие в 160 кг. Аналогичные отношения складываются на стопе. Передняя ее часть, на которую мы опираемся при ходьбе, в 6 раз длиннее задней, куда прикрепляется икроножная мышца. Ось вращения рычага — в данном случае голеностопный сустав. Если человек весом 70 кг поднимается на носке одной ноги в процессе обычной ходьбы, его икроножная мышца должна развить усилие в 6 раз больше, т. е. 420 кг. Не случайно таким мощным является у нас ахиллово сухожилие. Оно словно живой трос прикрепляет мышцы к пяточной кости и выдерживает нагрузки в полтонны и более.

Возникает вопрос, не ошиблась ли природа, уменьшая во много раз силу наших мышц. Разумеется, в организме не все идеально. В нем имеется ряд противоречий и несовершенств, о которых мы еще будем говорить. Однако в данном случае природа не ошиблась. Проигрывая в силе, мы, согласно тому же закону рычага, столько же выигрываем в скорости движений. Икроножная мышца сократится на 1 см, а пятка за это время уже на 6 см взлетит над землей. Для животных выигрыш в скорости оказался важнее, чем выигрыш в силе.

Арсенал наших двигательных возможностей

Двигательные возможности человеческого тела огромны. Чтобы оценить их в полной мере, вспомним некоторые сведения из механики.

Абсолютно свободное физическое тело имеет шесть степеней свободы: три взаимно перпендикулярных направления движения (вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад) и три взаимно перпендикулярные оси вращения, идущие в тех же направлениях. Наличие этих шести степеней свободы дает возможность телу перемещаться и вращаться любым образом, по всем мыслимым промежуточным направлениям и осям. На что же способно с этой точки зрения наше тело?

Понятно, что поступательные движения одной кости относительно сочленяющейся с нею другой невозможны. Мы не в состоянии, например, отделить предплечье от плеча, разорвав локтевой сустав. Соединения наших костей предусматривают возможность только вращательных движений по тем или иным осям на определенные углы. В разных суставах объем движений неодинаков. Различают суставы одноосные, двуосные и трехосные. Типичными одноосными суставами являются сочленения между суставами наших пальцев. К двуосным относятся, например, локтевой сустав, в котором возможны два вида движений (сгибание-разгибание и вращение внутрь-наружу), и лучезапястный сустав, обеспечивающий сгибание-разгибание кисти и приведение-отведение ее. Трехосных суставов у нас всего два — тазобедренный и плечевой. Как видим, подвижность суставов превосходит таковую в обычных технических устройствах. Шарниры в типичном случае обладают лишь одной осью вращения. Максимальной подвижностью в технике обладают двуосные соединения — шаровой шарнир, кулачковый и кулисный механизмы.

Если уже в самом устройстве суставов, имеющих подчас по 2—3 степени свободы, заложены весьма большие двигательные возможности, последние в огромной мере возрастают благодаря тому, что мы имеем в нашем теле не изолированные пары костей, а ряд кинематических цепей с несколькими последовательными звеньями. В основном выделяют 14 главных кинематических звеньев тела: голова, туловище и по 3 на каждой из четырех конечностей (на руке — кисть, предплечье, плечо и на ноге — стопа, голень, бедро). Свойства кинематической цепи очень любопытны. Существует правило: число степеней свободы периферического звена цепи равно сумме степеней свободы предшествующих звеньев. Отсюда можно, например, видеть, что основной наш рабочий орган — кисть руки имеет 7 степеней свободы по отношению к туловищу: по 2 оси у лучезапястного и локтевого и 3 оси у плечевого суставов. Иными словами, кисть нашей руки представляет собой не только абсолютно свободное тело (для этого достаточно 6 степеней свободы). Она имеет резервную степень свободы, т. е. определенный запас надежности и сохраняет полный объем двигательных возможностей даже при потере одного из движений в каком-то суставе. В последние десятилетия часто и с жаром дискутировали о том, может ли машина заменить мозг человека, стать равноценной ему. Думается, что полностью заменить руку человека было бы для машины также чрезвычайно сложной задачей.

Химия и энергетика работающей мышцы

Работа мышцы включает два компонента: во-первых, напряжение, усилие; во-вторых, движение, перемещение. В переводе на язык физики это означает, что мы имеем здесь определенную силу, действующую на определенном расстоянии, т. е. перед нами — типичный пример, иллюстрирующий понятие работы из школьного курса физики. Развивая многократно

80

4


Каталог: 2013
2013 -> А. И. Макшеева, Н. А. Иваньковская Экологическая культурА
2013 -> Особенности течения хронической почечной недостаточности у пациентов с доброкачественной гиперплазией предстательной железы на фоне кардиоваскулярной патологии 14. 01. 23 Урология (мед науки)
2013 -> Учебно-методический комплекс специальность 030301. 65 «психология» калининград 2010
2013 -> Риск развития анемии у больных хронической сердечной недостаточностью, ее прогностическое значение и дифференциальный подход к лечению 14. 01. 05 кардиология (мед науки)
2013 -> Патоморфологическая характеристика тимуса у детей по материалам аутопсий
2013 -> Учебно-методический комплекс психология здоровья направление 030300 Психология Квалификация выпускника бакалавр Калининград
2013 -> Эконометрический анализ преступности в г. Перми
2013 -> Борис Дмитриевич Карвасарский Клиническая психология
2013 -> Модуль «фармацевт-токсиколог» учебно-методический комплекс


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница