Лекция 1
Учебное время: 4 академических часа (4 x 45 мин)
План:
1. Введение в анатомию и физиологию.
2. Понятие о ткани, органе, системе
3. Опорно-двигательная система: скелет, мышечная система
Человек и окружающая среда
Строение и функции организма человека изучают такие науки, как анатомия, физиология, психология, гигиена и др. Они составляют основу современной медицины.
Анатомия человека (от греч. anatome – рассечение) - наука, изучающая строение, форму человеческого организма, его органов и образующих их тканей, системы органов с учетом возрастных, половых и индивидуальных особенностей. Она выявляет взаимосвязь между формой, структурой органов и их функциями и строением тела человека в целом.
Физиология человека – наука, изучающая процессы жизнедеятельности (функции) и механизмы их регулирования в клетках, тканях, органах, системах органов и целостном организме.
Психология – наука, изучающая психику и поведение человека.
Изучение функций отдельного органа невозможно без знания его анатомии, и также нельзя себе представить изучение строения без изучения функции. Психика и поведение человека тесно связаны с его анатомическими и физиологическими особенностями.
Гигиена - наука, изучающая влияние разнообразных факторов окружающей среды и производственной деятельности на здоровье человека, его работоспособность, продолжительность жизни, разрабатывает мероприятия по созданию условий, обеспечивающих сохранение и укрепление здоровья.
Развитие этих наук помогает медицине разрабатывать эффективные методы лечения нарушений деятельности жизненно важных органов человеческого организма и вести эффективную борьбу с различными заболеваниями.
Ткань – это совокупность клеток и межклеточного вещества, имеющих общее происхождение, строение и функции. У человека различают 4 вида тканей: эпителиальные, соединительные, мышечные и нервные.
Эпителиальные ткани имеют эктодермальное происхождение и образованы клетками, расположенными на базальной мембране. Эти ткани не имеют сосудов, в них мало межклеточного вещества. Они способны к быстрой регенерации.
Различают следующие виды эпителия: однослойный плоский (эндотелий сосудов), однослойный кубический (почечные канальцы), однослойный цилиндрический (поверхность желудка), мерцательный (воздухоносные пути), многослойный ороговевающий (эпидермис), многослойный неороговевающий (слизистая рта), железистый (железы внешней и внутренней секреции).
Соединительные ткани имеют мезодермальное происхождение. В этих тканях хорошо развито межклеточное вещество, форма клеток разнообразна. Различают: рыхлую волокнистую, формирующую прослойки и оболочки органов, и плотную волокнистую ткань, образующую сухожилия и связки. Хрящевую ткань, костную ткань с ее клетками – остеобластами, остеоцитами, остеокластами; жировую ткань; кровь и лимфу. К соединительным тканям относят и кроветворные ткани.
Мышечные ткани обладают свойствами возбудимости и сократимости. Эти ткани также мезодермального происхождения. Различают три вида мышечной ткани: скелетную поперечно-полосатую, сердечную поперечно-полосатую, гладкую. Скелетная мышечная ткань образована многоядерными волокнами длиной до 12 см, в цитоплазме ее клеток находится миофибриллы, расположенные параллельно волокну. Миофибриллы имеют поперечную исчерченность, они состоят из белковых нитей двух типов – более тонких актиновых и более толстых миозиновых. Сокращение скелетной мышечной ткани может происходить произвольно.
Сердечная мышечная ткань имеет поперечную исчерченность, но образована клетками, имеющими одно – два ядра, соединенных через вставочные диски. Сокращение ткани происходит непроизвольно.
Гладкая мышечная ткань образована отдельными одноядерными мышечными клетками, длина которых достигает 1 мм. В ее клетках актиновые и миозиновые нити не формируют миофибрилл. Сокращается эта ткань непроизвольно.
Нервная ткань имеет эктодермальное происхождение и представлена нервными клетками – нейронами и нейроглией. Ее важнейшие свойства – возбудимость и проводимость.
Нейроны состоят из тела и отростков: одного длинного – аксона, по которому возбуждение идет от тела клетки, и дендритов, по которым возбуждение идет к телу клетки. Морфологически нейроны делятся на униполярные (только с аксоном), псевдоуниполярные (с одним отростком и двумя ветвями), биполярные (с аксоном и одним дендритом), мультиполярные (с одним аксоном и несколькими дендритами).
Функционально нейроны делятся на чувствительные (афферентные) – проводят возбуждение к центральной нервной системе; двигательные (эфферентные) – проводят возбуждение от ЦНС. Между ними могут быть вставочные (ассоциативные) нейроны.
Между нервными клетками, а также между ними и другими возбудимыми клетками (мышечными и железистыми) имеются особые контакты – синапсы. Через синапсы происходит передача сигнала обычно с помощью химических механизмов, в которых участвуют специальные вещества – медиаторы. Синапс состоит из пресинаптической части (окончания аксона). Она представляет собой синаптическую бляшку, в которой содержатся пузырьки с медиаторами; синаптической щели, разделяющей мембраны контактирующих клеток, и постсинаптической части – участка клетки, с которым контактирует окончание аксона.
Орган – это часть тела, имеющая присущую ему форму и строение, занимающая определенное место в организме и выполняющая характерную для него функцию. Орган образован всеми видами тканей, но с преобладанием одной или двух из них.
Система органов объединяет органы, сходные по строению, выполняемым функциям и развитию. В организме человека различают не менее 10 систем органов: система покровных органов, опорно-двигательная система, пищеварительная система, дыхательная система, выделительная система, система органов кровообращения, нервная система и органы чувств, половая система, эндокринная и иммунная системы.
Все органы и системы органов связаны между собой анатомически и функционально в единое целое – организм. Регуляция деятельности организма осуществляется нервным и гуморальным путем.
Гуморальная регуляция осуществляется с помощью гормонов и различных секретов, выделяемых клетками в кровь. Ведущая роль принадлежит железам внутренней секреции. Регуляция осуществляется медленно, так как максимальная скорость крови 0,5 м/с. Органы мишени имеют рецепторы, с помощью которых воспринимаются молекулы – регуляторы.
Нервная регуляция осуществляется с помощью нервной системы. По аксонам нейронов передаются нервные импульсы к другим клеткам, в которых в ответ на это может возникать возбуждение или торможение. Важнейшим механизмом нервной регуляции является рефлекс – ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая и контролируемая нервной системой. Путь, по которому проходит возбуждение при рефлексе, называется рефлекторной дугой. Она обычно состоит из 5 компонентов: рецептора волокна, чувствительного нейрона, нервного центра – группы вставочных нейронов, волокна двигательного нейрона и исполнительного органа.
Простейшая рефлекторная дуга состоит из двух нейронов: чувствительного и двигательного. Отросток чувствительного нейрона в этом случае образует контакт непосредственно на двигательном нейроне. В отличие от гуморальной регуляции, нервная регуляция происходит быстро: электрические импульсы проходят по нервным волокнам со скоростью от 1 – 2 м/с до 140 м/с.
Особенностью организма является способность к саморегуляции. Например, снижение уровня глюкозы в крови приводит к выделению надпочечниками гормона адреналина, а поджелудочной железой гормона глюкагона, и уровень глюкозы возрастает до нормы. Надежность процессов саморегуляции обеспечивает гомеостаз – относительное постоянство внутренней среды организма.
Таким образом, можно определить следующую схему построения организма: молекулы – клеточные органеллы – клетки – ткани – органы – системы органов – организм.
Опорно-двигательная система.
Опорно-двигательная система представлена костями, мышцами, сухожилиями, связками и другими соединительно-тканными элементами.
Скелет составляет структурную основу (каркас) тела, определяет его размер и форму, выполняет опорную и защитную функции и совместно с мышцами образует полости (вместилища), в которых располагаются жизненно важные органы. Скелет – пассивная составляющая опорно-двигательной системы.
Движение организма возможно благодаря строению костей в виде длинных и коротких рычагов, соединенных подвижными сочленениями – суставами и приводимыми в движение мышцами (активной частью опорно-двигательной системы), управляемыми нервной системой.
Сухожилия и связки – образования из соединительной ткани, посредством которых кости соединяются между собой (связки) и с мышцами (сухожилия).
Костная ткань – депо кальция, фосфора и других элементов – участвует в минеральном обмене, а мышечная ткань – в обмене углеводов, жиров и белков. Кроме того, скелет выполняет кроветворную функцию, поскольку внутри костей содержится костный мозг, где образуются форменные элементы крови.
Скелет человека содержит более 200 костей и состоит из осевого скелета – скелета туловища (позвоночник, грудная клетка) и черепа, а также добавочного скелета (пояса и кости конечностей).
Осевой скелет.
1. Позвоночник образован 33 – 34 позвонками, расположенными друг над другом. Между ними находятся прослойки из хрящевой ткани (межпозвоночные диски), что придает позвоночнику гибкость и упругость.
Различают пять отделов позвоночника: шейный, состоящий из 7 позвонков, грудной – из 12, поясничный – из 5, крестцовых – из 5 и копчиковый из 4 – 5 сросшихся в крестец позвонков.
Каждый позвонок состоит из тела, дуги и 7 отростков (остистого, поперечных и суставных). Между телом и дугой находится отверстие. Позвоночные отверстия в совокупности образуют позвоночный канал, защищающий находящийся в нем спинной мозг. Чем ближе к крестцу, тем массивнее позвонки, что связано с возрастающей нагрузкой.
Характерные для взрослого человека четыре изгиба позвоночника (шейный и поясничный лордозы – с кривизной вперед, грудной и крестцово-копчиковый кифозы – с кривизной назад) отсутствуют у новорожденного и, формируясь, постепенно образуются окончательно в юношеском возрасте. Изгибы позвоночника связаны с вертикальным положением тела и обеспечивают пружинные движения позвоночника при ходьбе и прыжках.
Скелет головы образован мозговым и лицевым отделами черепа.
Мозговой отдел черепа составляют две парные кости (височная и теменная) и четыре непарные (лобная, решетчатая, клиновидная и затылочная). Все они неподвижно соединены между собой швами, формируют полость, в которой располагается головной мозг. В затылочной кости находится большое затылочное отверстие, соединяющее полость черепа с позвоночным каналом. Затылочная кость сочленяется с первым шейным позвонком (атлантом).
Лицевой отдел черепа состоит из парных костей (глазничные, слезные, носовой раковины, скуловые, носовые, небные, верхнечелюстные) и непарных костей (нижняя челюсть, сошник). Нижняя челюсть – единственная подвижная кость черепа – сочленяется двумя головками суставного отростка с нижнечелюстными ямками височной кости. Верхняя и нижняя челюсти содержат по 16 ячеек, в которых помещаются корни зубов.
Грудная клетка состоит из 12 пар ребер, сочлененных с телами грудных позвонков и их поперечными отростками. Ребра могут приподниматься и опускаться. Семь пар верхних, истинных ребер спереди соединяются с плоской костью – грудиной. Следующие 3 пары ребер свободно лежат в мягких тканях. Грудные позвонки, грудина и ребра вместе с расположенными между ними дыхательными мышцами образуют грудную полость, которая снизу отделена диафрагмой.
Добавочный скелет.
1. Пояс верхних конечностей состоит из двух треугольных лопаток, лежащих на задней поверхности грудной клетки, и сочлененных с ними ключиц, соединенных с грудиной.
Скелет верхней конечности образован костями: плечевой, соединенной с лопаткой, предплечья (из лучевой и локтевой костей) и кисти.
Скелет кисти образован 8 мелкими костями запястья, 5 длинными костями пястья и костями пальцев рук (фаланги пальцев).
2. Пояс нижних конечностей состоит из 2 массивных тазовых костей (из трех срастающихся парных костей: подвздошной, лобковой, седалищной), прочно соединенных с крестцом. Они имеют круглые впадины, куда входят головки бедренных костей.
Скелет нижней конечности состоит из костей: бедренной, голени (из большой и малой берцовой костей) и стопы. Коленный сустав – место соединения бедра и голени – защищен спереди небольшим плоским надколенником.
Скелет стопы образован короткими костями предплюсны, в которую входит пяточная кость, 5 длинными костями плюсны и костями пальцев ног (фаланги пальцев).
Особенности скелета человека, связанные с прямохождением и трудовой деятельностью следующие:
· Четыре плавных изгиба позвоночника;
· Широкая грудная клетка;
· Массивность костей нижних конечностей;
· Широкие кости таза;
· Сводчатая стопа;
· Преобладание мозгового отдела черепа над лицевым.
Состав, строение и рост костей. Кости образованы костной тканью (разновидность соединительной), состоящей из клеток и плотного межклеточного вещества. Костное вещество состоит из органических (коллаген) и неорганических веществ, главным образом, солей кальция и фосфорнокислой извести (51%). Эластичность кости зависит от наличия органических веществ, а твердость ее – от минеральных солей. Сочетание этих веществ в живой кости придает ей прочность и упругость. У детей кости содержат много органических веществ и отличаются большой гибкостью. В старости, наоборот, они содержат больше неорганических веществ и становятся более хрупкими. Прочность и легкость длинных костей (плечевой, бедренной, предплечья и голени) обусловлены их трубчатым строением. Различают:
· Компактное (плотное) костное вещество – образованно плотно прилегающими костными пластинками, формирующими цилиндрические структуры.
· Губчатое костное вещество – состоит из перекладин (балок), образованных межклеточным веществом и расположенных дугообразно.
Трубчатая кость состоит из диафиза – удлиненной цилиндрической полой оси (состоит из компактного костного вещества), на концах которой располагаются эпифизы – головки кости. В полостях трубчатых костей содержится соединительная ткань, богатая жиром, желтый костный мозг. Концы трубчатых костей с утолщенными головками, без полости, образованы губчатым веществом, состоящим из множества перекрещивающихся костных пластинок. Короткие и плоские кости (позвонки, лопатки и др.) также образованы губчатым веществом. В пространстве между костными пластинками находится соединительная ткань – красный костный мозг – орган кроветворения, где образуются эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.
Снаружи кость покрыта надкостницей – тонкой оболочкой из плотной соединительной ткани, богатой нервами и кровеносными сосудами, обеспечивающими питание кости и ее рост в толщину, а также служащая местом прикрепления мышц. Головки длинных костей покрыты хрящом.
Кости проходят три стадии развития: соединительно-тканную, хрящевую и костную. До рождения ребенка соединительная ткань заменяется хрящевой, которая постепенно замещается костной тканью. У детей и юношей в длину кости растут за счет эпифизарных хрящей, расположенных между их концами и телом. Рост костей в толщину происходит за счет клеток внутренней поверхности надкостницы. Одновременно с нарастанием снаружи костное вещество разрушается изнутри кости. У детей нарастание костей преобладает над их разрушением, а у взрослых эти процессы взаимно уравновешиваются.
Губчатая кость состоит из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного вещества, имеет форму многогранника и располагается в местах большой нагрузки и подвижности (например, надколенник).
Кости различаются по форме и строению. Выделяют кости:
· Трубчатые – длинные (плечевая, бедренная) и короткие (кости пястья, плюсны);
· Плоские –участвуют в образовании полостей, поясов конечностей, выполняют функцию защиты (грудина, кости крыши черепа);
· Смешанные – имеют сложную форму, состоят из нескольких частей (позвонки, кости основания черепа);
· Воздухоносные – имеют полость, заполненную воздухом (лобная кость, верхняя челюсть).
Соединение костей.
Различают следующие виды соединения костей по степени подвижности.
1. Подвижные – соединение с помощью суставов (коленный, тазобедренный, локтевой, плечевой и другие суставы).
2. Полуподвижные – соединение с помощью хрящевых прослоек (межпозвоночные симфизы, суставы между костями предплюсны, запястья, грудиной и ребрами).
3. Неподвижные – соединение с помощью швов (кости черепа, таза).
Кости конечностей соединены подвижно суставами, что обусловлено выполняемыми функциями (движения тела). Суставная впадина одной кости и входящая в нее головка другой покрыты слоем гладкого (гиалинового) хряща, который совместно с суставной жидкостью обеспечивает скольжение головок во впадинах. Суставная (синовиальная) жидкость образуется в суставной сумке.
Суставы различаются по количеству осей вращения и по форме.
1. Одноосные: блоковидные (между фалангами пальцев), цилиндрические (лучелоктевой).
2. Двуосные: эллипсовидные (лучезапястный), седловидные (между запястьем и пястьем).
3. Многоосные: шаровидные (плечевой, тазобедренный), плоские (грудиноключичный).
Мышечная система.
У взрослого человека мышцы составляют 40% от массы тела. Известно более 600 скелетных мышц, состоящих из пучков многочисленных мышечных волокон с поперечной исчерченностью, длиной от 1 мм до нескольких см. Снаружи волокна покрыты сарколеммой, а их цитоплазма называется саркоплазмой. В ней очень много митохондрий и сеть внутренних мембран – саркоплазматический ретикулум, содержащий ионы кальция. Вдоль мышечного волокна тянется в среднем 2500 миофибрилл. Когда происходит сокращение миофибриллы, актиновые нити вдвигаются между миозиновыми. Сила сокращения скелетной мышцы зависит от числа волокон, вовлеченных в сокращение. Волокна и мышца одеты соединительными оболочками – фасциями. К мышце подходят нервы, кровеносные сосуды лимфатические сосуды. наружная оболочка переходит в сухожилие, которым мышца крепится к кости. Мышцы состоят из головки, брюшка и хвоста.
Различают следующие типы мышц.
1. Гладкие мышцы входят в состав стенок желудочно-кишечного тракта, кровеносных и лимфатических сосудов, трахеи, бронхов, мочевого пузыря, матки). Гладкие мышцы состоят из отдельных веретеновидных клеток длиной 50 – 400 мкм и толщиной 2 – 10 мкм.
2. Поперечно-полосатые мышцы (скелетные). Поперечно – полосатые мышцы прикрепляются к костям скелета, обеспечивая положение тела в пространстве и его движение. Сердечная мышца - разновидность поперечно-полосатых мышц.
Скелетные мышцы по месту расположения делят на группы: мышцы лица (мимические, жевательные); мышцы шеи (лестничные, грудино-ключично-сосцевидная, трапециевидная); мышцы спины (межпозвоночные, широчайшая, трапециевидная); мышцы груди (межреберные, грудная, передняя зубчатая); мышцы живота (прямая, пирамидная, косые, широкие – мышцы «брюшного пресса»); мышцы пояса верхней конечности (большая и малая грудная, зубчатая, трапециевидная); мышцы руки (двуглавая, трехглавая, длинноладонная, сгибатели пальцев); мышцы пояса нижней конечности (подвздошно-поясничная, большая, средняя и малая ягодичная, портняжная); мышцы ноги (двуглавая, четырехглавая, икроножная, камбаловидная, сгибатели пальцев).
По форме мышцы бывают: веретенообразные, лентовидные, круговые, широкие, 1-, 2-, многоперистые, двуглавые, двубрюшные и др.
По функциям различают: мышцы – антагонисты (например, мышцы – сгибатели и разгибатели). Они обеспечивают движение в суставах. Мышцы синергисты, выполняющие движение в одном направлении, а также вращатели, подниматели, сжиматели.
Работа мышц.
Движение в суставах, например, сгибание и разгибание конечностей, совершаются благодаря поочередному сокращению групп мышц – антагонистов – сгибателей и разгибателей, которые действуют согласованно, так как иннервирующие их нервные центры последовательно и поочередно переходят из состояния возбуждения в состояние торможения. Каждое мышечное волокно несет двигательные нервно-мышечные концевые пластинки, или моторные бляшки, берущие начало в мотонейронах передних рогов спинного мозга. Чувствительные нервные окончания воспринимают информацию о тонусе мышечных волокон и передают в спинной и головной мозг. Регуляция движений осуществляется корой (моторная зона, условно-рефлекторная регуляция произвольных движений), подкорковыми ядрами и мозжечком (безусловно-рефлекторные движения).
Каждое мышечное волокно изолированно от соседних с ним волокон и сокращается по принципу «все или ничего», т.е. с максимальной для него силой, если возбуждение достигло порогового уровня.
При сгибании руки в локтевом суставе возбуждение к двуглавой мышце плеча идет от моторной зоны лобной доли больших полушарий, передается с помощью нисходящих путей на соответствующие сегменты спинного мозга, затем по двигательным нейронам – на нервно-мышечные соединения и происходит сокращение мышцы – сгибателя. При этом возникает торможение двигательных нейронов мышцы – разгибателя – трехглавой мышцы плеча, которая расслабляется. Медиатор, вызывающий сокращение скелетной мускулатуры – ацетилхолин.
Различают динамическую работу мышц, когда сокращение чередуется с расслаблением, и статическую работу, например, при удержании груза в одном положении. Статическая приводит к более быстрому утомлению. Утомление – временное снижение работоспособности, наступающее в результате работы. Ведущую роль в утомлении играет не усталость самих мышц, а утомление двигательных нейронов. Установлено, что для более быстрого восстановления работоспособности благоприятнее не полный покой, а интенсивная работа другой группы мышц. Физиолог иван Михайлович Сеченов назвал это активным отдыхом. Он изучал зависимость утомления от ритма и нагрузки и заложил основы особой науки – гигиены труда. Для достижения максимального объема мышечной работы необходимо подбирать оптимальные ритм и нагрузку.
Работа мышц связана с расходованием энергии. Энергию для мышечного сокращения дает аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Для синтеза АТФ используется энергия, освобождаемая при окислении глюкозы. Кровь, протекающая через мышцы, снабжает их необходимыми питательными веществами, кислородом и уносит углекислый газ, воду и другие продукты распада органических веществ, образовавшиеся в процессе работы. Таким образом, эффективность и продолжительность работы мышц зависит от кровоснабжения мышц, и, следовательно, от работы сердечно-сосудистой системы.