Kitobni o'qish: «План-конспект ответов на вопросы экзамена по физиологии»

1. Физиология как учебный предмет. Значение физиологии для специалистов в области физического воспитания. Объекты изучения физиологии. Представления о целостном организме. Понятие гомеостаза

Физиология – наука о природе, о существе жизненных процессов. Физиология изучает жизнедеятельность организма и отдельных его частей: клеток, тканей, органов, систем. Предметом изучения физиологии являются функции живого организма, их связь между собой, регуляция и приспособление к внешней среде. В основе функции лежит обмен веществ, энергии и информации.

Общая физиология представляет собой теоретическую основу физиологии спорта. Она описывает основные закономерности деятельности организма людей разного возраста и пола, различные функциональные состояния, механизма работы отдельных органов и систем организма и их взаимодействия. Её практическое значение состоит в научном обосновании возрастных этапов развития организма человека, индивидуальных особенностях отдельных людей, механизмов проявления их физических и умственных способностей, особенностей контроля и возможностей управления функциональным состоянием организма. Физиология вскрывает последствия вредных привычек у человека, обосновывает пути профилактики функциональных нарушений и сохранения здоровья. Знания физиологии помогают педагогу и тренеру в процессах спортивного отбора и спортивной ориентации, в прогнозировании успешности соревновательной деятельности спортсмена, в рациональном построении тренировочного процесса, в обеспечении индивидуализации физических нагрузок и открывают возможности использования функциональных резервов организма.

Объектом изучения физиологии является организм человека в целом, составляющие организм ткани, органы и их системы, клетки и межклеточное вещество. Физиология изучает как статичные состояния, так и изменяющиеся во времени характеристики объектов, т. е. процессы – конкретные функции.

Представления о целостном организме. До середины 19 века в представлениях о живом господствовали схоластические представления (синтез христианского богословия и логики Аристотеля). В 19 веке появилась экспериментальная физиология, с количественным анализом изучаемых явлений. Была создана физиология органов и систем организма, изучена природа взаимоотношений организма и среды (рефлекторная теория И.М.Сеченова), сформулированы принципы автоматической регуляции постоянства внутренней среды организма (гомеостаза). В конце 19 века появились идеи нервизма, которые предусматривают наличие ведущей и определяющей роли нервной системы в жизнедеятельности человека (И.П.Павлов). В 20 веке была разработана теория функциональных систем (П.К.Анохин), которая объясняет объединение множества клеточных и органных элементов в целостный организм за счет полезного приспособительного результата. Современная физиология в вопросе о способах объединения огромного количества клеток в целостный организм подходит с позиций физиологической геномики, где предполагается, что клетки регулируют свою жизнедеятельность через механизмы считывания генетической информации.

Гомеостаз – относительное динамическое постоянство внутренней среды и устойчивость физиологических функций организма. Основным механизмом поддержания гомеостаза является саморегуляция. Саморегуляция представляет собой такой вариант управления, при котором отклонение какой-либо физиологической функции или характеристик (констант) внутренней среды от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, является причиной возвращения этой функции (константы) к исходному уровню. Процессы саморегуляции основаны на использовании прямых и обратных связей, которые реализуют в своей работе нервная, иммунная и эндокринная системы.

2. Физиология клетки. Клеточные органеллы. Особенности строения мышечных волокон. Строение и функции миофибрилл

Функции организма выполняют органы и системы органов, состоящие из тканевых элементов. Главный тканевый элемент – клетка. Любую функцию клетки реализуют при помощи конкретных белков, информация о химической структуре которых записана в эндогенной клеточной программе – генах.

Клетка состоит из трёх основных частей: плазматической мембраны, ядра (включая ядерный геном) и цитоплазмы (цитозоль с находящимися в нём структурированными субклеточными единицами – органеллами). К органеллам относят свободные рибосомы, гранулярную эндоплазматическую сеть (шероховатый эндоплазматический ретикулум), гладкую эндоплазматическую сеть (гладкий эндоплазматический ретикулум), митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы и пероксисомы.

В ядре содержится генетический материал в виде 23 пар хромосом. Реализация генетической информации происходит при участии ДНК и разных видов РНК. В ходе транскрипции (считывания) на ДНК-матрице синтезируется комплементарная ДНК молекула мРНК. Эта мРНК выходит из ядра в цитоплазму и соединяется с рибосомами. мРНК продвигается сквозь рибосому, и её нуклеотидная последовательность транслируется (переводится) в соответствующую последовательность аминокислот. Рибосомы – органеллы, функцией которых является считывание кода мРНК и сборка белков.

Эндоплазматический ретикулум – система плоских мембранных цистерн (гладкий эндоплазматический ретикулум), на наружной поверхности которого могут находиться рибосомы (шероховатый эндоплазматический ретикулум). Функции гладкого эндоплазматического ретикулума: депонирование ионов кальция, синтез стероидных гормонов. В шероховатом эндоплазматическом ретикулуме происходит синтез белков для плазматической мембраны, лизосом, пероксисом, а также синтез белков «на экспорт», т. е. предназначенных для секреции.

Митохондрии имеют форму цилиндра диаметром 0.2–1 мкм и длиной до 7 мкм (в среднем около 2 мкм). Органелла содержит наружную и внутреннюю мембраны с узким межмембранным пространством. Внутренняя мембрана образует многочисленные выросты – кристы, окружённые матриксом. Митохондрии выполняют в клетке множество функций: окисление в цикле Кребса, транспорт электронов, фосфорилирование АДФ, функцию контроля внутриклеточной концентрации кальция, синтез белков, образование тепла.

Комплекс Гольджи образован стопкой из 3-10 уплощённых и слегка изогнутых цистерн с расширенными концами. Функции комплекса Гольджи: модификация секреторного продукта, сортировка белков, концентрирование и упаковка секреторных продуктов.

Лизосомы – окружённые мембраной округлые пузырьки. Функцией лизосом является внутриклеточное пищеварение – переваривание материала внутриклеточных компонентов или частиц, различными путями попавших в клетку. Пероксисомы – мембранные пузырьки, особенно многочисленны в клетках печени и почек, и содержащие ферменты, катализирующие анаболические (биосинтез жёлчных кислот) и катаболические (окисление жирных кислот, разрушение ксенобиотиков) процессы.

Мышечное волокно является структурно-функциональной единицей скелетной мышцы. Скелетное мышечное волокно представляет собой симпласт, содержащий несколько тысяч ядер в общей цитоплазме. Имеет форму протяженного цилиндра длиной до 40 мм при диаметре от 10 до 80 мкм. Оболочка волокна (сарколемма) контактирует с элементами саркоплазматического ретикулума (депо кальция) посредством трубковидных впячиваний, называемых Т-трубочками.

Помимо митохондрий и других клеточных органелл, в цитоплазме (саркоплазме) мышечного волокна присутствуют миофибриллы. Это массивы белковых молекул, каждая миофибрилла содержит около 1500 толстых (белок миозин) и 3000 тонких (белок актин) нитей. Вся миофибрилла состоит из саркомеров, разделенных Z-линиями. В состоянии покоя длина саркомера составляет 2 мкм. При такой длине саркомера актиновые нити лишь частично перекрывают миозиновые нити. Миофибриллы – сократительные элементы мышечного волокна, обеспечивающие двигательную функцию. В этой функции также участвуют белки тропомиозин, тропонины и др.

3. Понятие о метаболизме. Анаболизм и катаболизм. Общий план метаболизма. Основной обмен

Живые организмы находятся в постоянной связи с окружающей средой. Эта связь осуществляется в процессе обмена веществ (пластический обмен) и энергии (энергетический обмен). Обмен веществ включает три этапа: поступление веществ в организм (дыхание и питание), метаболизм (катаболизм и анаболизм) и выделение конечных продуктов из организма. Внутриклеточный метаболизм (превращения химических веществ в организме) включает два типа реакций: катаболизм и анаболизм:

– Катаболизм – процесс расщепления органических молекул до конечных продуктов. Конечные продукты превращений органических веществ – СО₂, Н₂О и мочевина. В процессы катаболизма включаются вещества, образующиеся как при пищеварении, так и при распаде структурно-функциональных компонентов клеток. Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии.

– Анаболизм объединяет биосинтетические процессы, когда строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы. В анаболических реакциях используется энергия, освобождающаяся при катаболизме.

Общий план метаболизма. Короткие цепочки фрагментов углеводов, аминокислот и продуктов жирового катаболизма расщепляются до атомов водорода и CO₂. Атомы водорода, окисляясь, образуют воду. Большая часть энергии, выделяемая при катаболизме, идёт на образование связей между фосфорной кислотой и некоторыми органическими веществами. При гидролизе этих связей выделяется много энергии (10–12 ккал/ моль). Соединения с такими связями называются высокоэнергетическими (макроэргическими). Наиболее важным высокоэнергетическим фосфатом является АТФ.

Для превращения в АТФ энергии, которая освобождается при распаде молекул «топлива», клетка использует 3 различных, но взаимосвязанных пути. Это гликолиз, окисление в цикле Кребса и окислительное фосфорилирование.

Гликолиз – ферментативный анаэробный процесс метаболизма углеводов (главным образом, глюкозы) до молочной кислоты. Обеспечивает клетку энергией в условиях недостаточного снабжения кислородом, а в аэробных условиях является стадией, предшествующей дыханию. При гликолизе 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы молочной кислоты и 2 молекулы АТФ. Окисление – соединение вещества с O₂, потеря водорода или потеря электронов. Биологическое окисление катализируют ферменты, локализованные в матриксе митохондрий. Окисление происходит в цикле Кребса, он же цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты. Молекулой, входящей в цикл Кребса, является ацетилкоэнзим А (который образуется при метаболизме как углеводов, так и липидов и аминокислот). Основная функция окисления субстрата в цикле Кребса – обеспечение реакций окислительного фосфорилирования атомами водорода (Н+). Окислительное фосфорилирование основано на следующих принципах: источником энергии, идущей на присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ (фосфорилирование АДФ, в результате которого образуется АТФ), является соединение атомов водорода с молекулой кислорода, вследствие чего образуется вода (эти реакции – основной потребитель O₂ в клетке). Ферменты, осуществляющие процессы окислительного фосфорилирования, встроены во внутреннюю мембрану митохондрий.

Основной обмен. Интенсивность окислительных процессов и превращение энергии зависят от индивидуальных особенностей организма (пол, возраст, масса тела и рост, условия и характер питания, мышечная работа, состояние эндокринных желез, нервной системы и внутренних органов), а также от условий внешней среды (температура, давление, влажность воздуха и т. д.). Для определения присущего данному организму уровня окислительных процессов и энергетических затрат проводят исследование в определенных стандартных условиях, исключающих влияние факторов, которые существенно сказываются на интенсивности энергетических затрат (мышечная работа, прием пищи, влияние окружающей среды). Энерготраты организма в таких стандартных условиях получили название основного обмена. Энерготраты в условиях основного обмена связаны с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем – дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени. Величина основного обмена для мужчины среднего возраста (примерно 35 лет), среднего роста (примерно 165 см) и со средней массой тела (примерно 70 кг) составляет 1 ккал на 1 кг массы тела в час, или 1700 ккал в сутки. У женщин он примерно на 10 % ниже.

4. Функции и метаболизм углеводов

Организм получает углеводы в основном в виде растительного полисахарида крахмала и в виде животного полисахарида – гликогена. Полисахариды, поступившие в организм, в процессе пищеварения распадаются на отдельные мономеры, при этом процесс «переваривания», т. е. химического распада, начинается еще в ротовой полости и завершается в тонком кишечнике. Большая часть глюкозы, поступившей в кровь, тратится на образование АТФ. Метаболизм углеводов является основной частью энергетического обмена. При полном окислении одной молекулы глюкозы выделяется количество энергии, достаточное для образования 38 молекул АТФ.

В пищеварительном тракте конечными продуктами переваривания углеводов являются глюкоза, фруктоза и галактоза. Основной углевод, циркулирующий в крови – глюкоза. Глюкоза является единственным источником энергии для мозга.

Транспорт глюкозы через клеточную мембрану происходит с участием белков-переносчиков, которые транспортируют глюкозу через клеточную мембрану внутрь клетки посредством облегченной диффузии. Главный активатор трансмембранного переноса глюкозы – инсулин. После поступления в клетки глюкоза сразу же используется для образования энергии или накапливается в виде гликогена (полимер из молекул глюкозы). Все клетки тела способны запасать некоторое количество гликогена, но только клетки печени, скелетные мышечные волокна и клетки миокарда могут депонировать большие запасы гликогена. Гликолиз и окислительное фосфорилирование углеводов – процессы регулируемые. Оба процесса постоянно контролируются в соответствии с потребностями клеток в АТФ, по механизмам обратной связи. Когда запасы углеводов в организме становятся ниже нормального уровня, то умеренное количество глюкозы может образовываться из аминокислот и из глицериновой части жиров в процессе глюконеогенеза. Приблизительно 60 % аминокислот в белках организма могут легко превращаться в углеводы.

5. Функции и метаболизм липидов

К липидам относятся нейтральные жиры (триглицериды), фосфолипиды и холестерин (холестерол). Химическая основа большей части липидов – жирные кислоты (длинные цепи гидрокарбоновых органических кислот). Три жирных кислоты (стеариновая, пальмитиновая и олеиновая) обязательно входят в состав триглицеридов.

Функции липидов в организме:

– Структурная функция: фосфолипиды и холестерин – основные компоненты клеточных мембран. В нервной системе находится большое количество сфингомиелинов: эти вещества действуют как изоляторы в миелиновой оболочке, окружающей нервные волокна.

– Запасающая функция: липиды – форма, в которой депонируется и транспортируется «энергетическое топливо» и вода. Большое количество жиров накапливается в жировой ткани. Первая функция жировой ткани

– накопление триглицеридов для энергетических нужд организма. Вторая функция жировой ткани – обеспечение теплоизоляции тела.

– Регуляторная функция: служат предшественниками биологически активных веществ (простагландины – производные арахидоновой кислоты, стероидные гормоны надпочечников и половые гормоны – производные холестерина), а также растворяют в себе вещества, такой активностью обладающие (жирорастворимые витамины).

– Энергетическая функция: при расщеплении липидов высвобождается вдвое больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Почти все клетки организма, исключая ткань мозга, могут использовать жирные кислоты в качестве источника энергии практически в неизменном виде. В клетках происходит транспорт жирных кислот в митохондрии с помощью вещества-переносчика карнитина.

Организм получает жиры в основном в виде т. н. нейтрального жира, который расщепляется в организме на глицерин и жирные кислоты, с пищей поступает также некоторое количество свободных жирных кислот. Расщепление и всасывание жиров происходит в желудочнокишечном тракте при участии ферментов желчи. Далее липиды через кровяное русло попадают в клетки, где подвергаются дальнейшим химическим превращениям. Во-первых, это дальнейшее полное окисление до углекислого газа и воды, которое является важным источником энергии для клетки. Во-вторых, окисление может быть неполным, с образованием кетоновых тел, из которых в организме синтезируются собственные липиды. Три жирные кислоты (араходоновая, линолевая и линоленовая) не могут образовываться из других жирных кислот, т. е. являются незаменимыми.

Практически все жиры, поступающие с пищей, абсорбируются в лимфу в форме хиломикронов – мельчайших жировых частиц, заключённых в жировую оболочку. В печени из них образуются липопротеины – частицы значительно меньшего размера, чем хиломикроны, но имеющие тот же состав. Основная функция липопротеинов – транспорт липидов в различные ткани организма.

Избыток поступивших в организм липидов откладывается в жировой ткани в виде триглицеридов. В основном триглицериды синтезируются в печени. В тех случаях, когда количество углеводов, поступающих в организм, больше, чем они могут быть немедленно использованы для образования энергии или запасены в виде гликогена, излишки углеводов также превращаются в триглицериды. Различные аминокислоты также могут превращаться в ацетилкоэнзим A с последующим переходом в триглицериды. Когда с пищей поступает белков намного больше, чем они могут быть использованы непосредственно как белки или как прямой источник энергии, они трансформируются и накапливаются в виде жиров.

6. Функции и метаболизм белков

Белки занимают ведущее место среди органических элементов, на их долю приходится более 50 % сухой массы клетки. Они выполняют ряд важнейших биологических функций. Поступающий с пищей из внешней среды белок служит субстратом пластического и энергетического обмена. Пластическое значение белка состоит в восполнении и новообразовании различных структурных и функциональных компонентов клетки. Энергетическое значение заключается в обеспечении организма энергией, образующейся при расщеплении белков. Однако на энергетические нужды белки используются в последнюю очередь, поскольку составляют основу пластического обмена – это основа всех тканевых элементов.

Интенсивность обмена белков в организме чрезвычайно велика. Половина белков активно работающих органов обновляется в течение 5–7 дней.

Функции белков.

– Структурно-строительная (цитоскелет клетки).

– Сократительная (двигательные функции организма обеспечиваются взаимодействием сократительных белков – актина и миозина).

– Информационная (рецепторы на поверхности клеточных мембран имеют белковую природу).

– Каталитическая: вся совокупность обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение, выделение) обеспечивается деятельностью ферментов, которые являются белками.

– Транспортная (транспорт по кровеносной системе кислорода, трансмембранный перенос веществ при помощи белков-переносчиков и белков-каналов).

– Регуляторная (часть гормонов имеют полипептидную химическую природу, часть гормонов и медиаторов являются аминокислотами).

– Защитная (антитела по химической природе являются белками).

Белковые молекулы представляют собой длинные цепочки-полимеры. Мономерами (составными частями) белка являются аминокислоты. Из 20 входящих в состав белков аминокислот 12 синтезируются в организме – заменимые аминокислоты, а 8 не синтезируются – незаменимые аминокислоты, которые должны поступать в организм с пищей. 2 незаменимые аминокислоты присутствуют только в животной пище. Биосинтез белков происходит во всех клетках организма, из отдельных аминокислот с участием ДНК и РНК. Полипептидные цепи подвергаются многоступенчатой обработке, в результате которой формируется третичная и четвертичная структура готовых белков. Белки используются внутри клетки или собираются (с участием эндоплазматического ретукулума и аппарата Гольджи) в мембранные пузырьки, выводимые из клеток при помощи процессов эк-зоцитоза.

Белки в организме не депонируются, т. е. не откладываются в запас, поэтому при поступлении с пищей значительного количества белка только часть его расходуется на пластические цели, большая же часть – на энергетические цели.

Распад белка в организме протекает непрерывно. В процессе катаболизма белков окислительное дезаминирование аминокислот дает аммиак. Это вещество, высокотоксичное для клеток. Аммиак легко проходит через клеточные мембраны, поступает в кровь и переносится к печени. Печень содержит ферменты, которые могут связывать 2 молекулы аммиака с двуокисью углерода и образовывать мочевину. Относительно нетоксичная мочевина является основным содержащим азот продуктом метаболизма белков.

7. Строение желудочно-кишечного тракта. Моторная функция желудочно-кишечного тракта. Секреторная функция желудочно-кишечного тракта

Пищеварительный тракт – мышечная трубка, выстланная слизистой оболочкой, просвет трубки – внешняя среда. В стенке трубки и вне её находятся железы, выводные протоки которых открываются в её просвет. Пищеварительный тракт (или желудочно-кишечный тракт – ЖКТ) имеет собственный нервный аппарат (энтеральная нервная система) и собственную систему эндокринных клеток (энтероэндокринная система). ЖКТ вместе с его большими железами (слюнные, печень, поджелудочная) формирует пищеварительную систему, ориентированную на обработку поступающей пищи (переваривание) и поступление питательных веществ, электролитов и воды во внутреннюю среду организма (всасывание).

Нервная регуляция деятельности ЖКТ обеспечивается центральной нервной системой, вегетативной нервной системой, и энтеральной нервной системой. Основной принцип регуляции – рефлекторный. Гуморальную регуляцию разнообразных функций ЖКТ осуществляют различные биологически активные вещества информационного характера (нейромедиаторы, гормоны, цитокины, факторы роста и др.), т. е. паракринные регуляторы.

Моторная, или двигательная, функция осуществляется на всех этапах процесса пищеварения. В пищеварительном тракте происходят произвольные и непроизвольные, макро- и микромоторные явления. Основные моторные процессы, обеспечивающие процесс пищеварения в различных отделах пищеварительного тракта:

– прием, механическая переработка пищи в ходе жевания,

– глотание,

– задержка в желудке и эвакуация его содержимого в кишечник,

– сокращения и расслабления желчного пузыря,

– перемешивание и передвижение кишечного содержимого (химуса),

– перераспределение давления в отделах тонкой кишки, перемешивание пристеночного слоя химуса,

– переход химуса из тонкой кишки в толстую,

– сокращение и расслабление сфинктеров,

– движения толстой кишки, необходимые для формирования кала и дефекации.

Изменение тонуса и перистальтики выводных протоков пищеварительных желез, состояние их сфинктеров обеспечивают выведение пищеварительных секретов. К моторике также относятся движения ворсинок и микроворсинок. Моторную функцию ЖКТ выполняют гладкие мышцы. Гладкие мышцы пищеварительного тракта обладают способностью спонтанного ритмического возбуждения и свойствами синцития.

Секреторную функцию пищеварительного тракта выполняют экзокринные железы пищеварительной системы, которые секретируют пищеварительные ферменты от ротовой полости до дистального отдела тощей кишки и выделяют слизь и бикарбонаты на всём протяжении ЖКТ. Это три пары слюнных желёз (околоушные, нижнечелюстные, подъязычные), слизистые железы пищевода, кардиальные, фундальные и пилорические железы желудка, поджелудочная железа, печень, железы подслизистой оболочки двенадцатиперстной кишки, железы крипт толстой кишки. Секрецию регулируют вегетативная иннервация и многочисленные гуморальные факторы. Парасимпатическая стимуляция, как правило, стимулирует секрецию, а симпатическая – подавляет.

8. Роль воды в организме. Строение и формы воды. Регуляция водного обмена

Организм человека почти на 70 % состоит из воды. Вода – прежде всего растворитель, в среде которого протекают все элементарные акты жизнедеятельности. К тому же вода – продукт и субстрат энергетического метаболизма в живой клетке. Некоторая часть воды в организме может более или менее прочно связываться с растворёнными в ней веществами и с поверхностью биополимерных макромолекул с помощью как водородных связей, так и сил ион-дипольного взаимодействия. Это может приводить к заметному изменению конфигурации, эффективных размеров и весов тех или иных частиц, участвующих в реакции.

Строение воды. Вода – уникальное вещество и все её аномальные свойства (высокая температура кипения, значительная растворяющая и диссоциирующая способность, малая теплопроводность, большая теплота испарения и плавления, большая теплоёмкость, большое поверхностное натяжение и когезия и другие) обусловлены строением её молекулы и пространственной структурой. У отдельно взятой молекулы воды есть качество, которое проявляется только в присутствии других молекул: способность образовывать водородные мостики между атомами кислорода двух оказавшихся рядом молекул, так, что атом водорода располагается на отрезке, соединяющем атомы кислорода. Молекулы H₂O, благодаря неравномерно распределенному по их объему электрическому заряду, способны притягиваться друг к другу и образовывать беспорядочные роевые формы и упорядоченные «водяные кристаллы». Свободные, не связанные в ассоциаты молекулы H₂O присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода – это совокупность беспорядочных роев и «водяных кристаллов».

Присущие воде свойства растворителя означают также, что вода служит средой для транспорта различных веществ. Эту роль она выполняет в крови, в лимфатической и экскреторных системах, в пищеварительном тракте.

Суточный водный баланс организма суммарно составляет около 2.5 л и складывается из поступления воды (с питьем и пищей – 2.2 л, образования при обмене веществ – 0.3 л) и выделения воды из организма (с потом – 0.6 л, при дыхании – 0.3 л, с мочой – 1.5 л). При температуре окружающей среды +18 °C потребление воды составляет более 2000 мл/сутки.

Система регуляции обмена воды включает центральное, афферентное и эфферентное звенья. Центральное звено системы контроля обмена воды

– центр жажды. Его нейроны находятся в передней отделе гипоталамуса.

Афферентное звено системы включает чувствительные нервные окончания и нервные волокна от различных органов и тканей (слизистые оболочки полости рта, сосудистого русла, желудка и кишечника, тканей), дистантные рецепторы (зрительные и слуховые). Афферентная импульсация от рецепторов различного типа (хемо-, осмо-, баро-, терморецепторов) поступает к нейронам гипоталамуса. Наиболее важное значение при этом имеют:

– увеличение осмоляльности плазмы крови;

– обезвоживание клеток;

– увеличение уровня ангиотензина II.

Эфферентное звено системы регуляции водного обмена включает почки, потовые железы, кишечник, легкие. Важными регуляторами изменения объема воды в организме являются вещества, регулирующие экскреторную функцию почек (вазопрессин, система «ренин – ангиотензин – альдостерон», натрийуретический фактор).

9. Строение и функции почек. Регуляция почечного кровотока и фильтрации

Почки выполняют 3 основные группы функций: мочеобразовательную, гомеостатическую и эндокринную.

Функциональной структурной единицей почек является нефрон. Это эпителиальная трубка, начинающаяся от почечного тельца и впадающая в собирательную трубку. Почечное тельце включает капиллярный клубочек и окружено двухстенной капсулой (капсула Боумена). Полость капсулы переходит в извитой проксимальный каналец. Далее идет петля Генле, расположенная в мозговом слое паренхимы: прямая часть проксимального канальца является тонким нисходящим отделом петли Генле, а прямая часть дистального канальца является толстым восходящим отделом петли Генле. Прямой дистальный каналец возвращается в корковый слой паренхимы, переходит в извитой дистальный каналец, и через связующий отдел впадает в собирательную трубочку, которая, в, свою очередь, поступает в собирательные протоки.

Кровоснабжение почки происходит за счет хорошо разветвленной сети кровеносных сосудов. Кровь в почку поступает по почечной артерии, которая внутри органа делится на более мелкие артерии, которые, в свою очередь, делятся на приносящие клубочковые артериолы. В почечных тельцах артериолы распадаются на капилляры и образуют капиллярные клубочки почечного тельца. Это первичная капиллярная сеть, в которой в результате фильтрации объём крови уменьшается на 10 %, а объём плазмы на 20 %. В почечных канальцах собирается первичная моча. Из клубочка выходит выносящая клубочковая артерия, которая делится на капилляры, образующие вторичную капиллярную сеть вокруг почечных канальцев. Вторичная капиллярная сеть осуществляет питание паренхимы почки и процессы реабсорбции, т. е. обратной фильтрации первичной мочи почечных канальцев с образованием вторичной, или дефинитивной, мочи, поступающей в собирательные трубочки. Капилляры вторичной сети переходит в венулы. Венулы сливаются в междольковые вены, и далее, соединяясь, эти вены формируют почечную вену, впадающую в нижнюю полую вену.

Мочеобразовательная функция почек. Почки экскретируют (выводят) из организма конечные продукты обмена, посторонние вещества и избыточные соединения. Оттекающие ежесуточно от почек 1.5 л вторичной мочи через мочеотводящие пути выводятся из организма. Именно по отношению к мочеобразовательной функции (точнее по отношению к вторичной, или дефинитивной моче) применяют термин «экскреция». Конечные продукты обмена: мочевина, мочевая кислота, креатинин, продукты превращений билирубина, порфирины, аммиак, полиамины, гормоны и их метаболиты.

В регуляции водного гомеостаза основную роль играют две гормональные системы:

– ренин – ангиотензин – альдостеронновая система (абсорбция NaCl и воды), участвуют почки (синтез ренина), печень (синтез ангиотензиногена), легкие (превращение ангиотензина I в активную форму антгиотензин II), надпочечники (синтез альдостерона),

– система антидиуретического гормона (вазопрессина) (абсорбция свободной воды), участвует головной мозг (секреция вазопрессина в гипоталамусе).

Конечным результатом активности обеих гормональных систем является снижение экскреции (задержка в организме) Na+ и воды.

Важной функцией почек является поддержание гомеостаза: почки отвечают за поддержание постоянства состава и объёма жидкостей организма, электролитов и кислотно-щелочного равновесия.

Кроме того, почки, как и большинство органов в нашем организме, секретируют гормоны, т. е., являются органом не только выделительной, но и эндокринной системы. Почки синтезируют следующие гормоны:

– Системные (поступающие в системный кровоток):

– эритропоэтин (стимуляция эритропоэза);

– кальцитриол (регуляция обмена кальция и фосфатов);

– ренин, принимающий участие в образовании ангиотензинов (регуляция артериального давления и объёма жидкости).

– Локальные гормоны (изменяющие просвет кровеносных сосудов, и тем самым участвующих в регуляции почечного кровотока).

Регуляция почечного кровотока и фильтрации происходит за счет авторегуляции (миогенный ответ гладкомышечных клеток приносящих артериол и канальцево-клубочковая обратная связь), а также за счет эффектов большого количества веществ, изменяющих сосудистый тонус (как сосудосуживающих, так и сосудорасширяющих).

10. Строение и функции органов дыхания. Строение аэрогематического барьера. Газообмен в альвеолах. Перфузионные процессы

Аппарат дыхания состоит из дыхательных путей, респираторного отдела лёгких, грудной клетки (включая её костно-хрящевой каркас и нервномышечную систему), сосудистой системы лёгких, а также нервных центров регуляции дыхания. Органы дыхания выполняют несколько функций:

– внешнее дыхание,

– терморегуляция,

– выделение,

– обоняние,

– голосообразование,

– защитная функция,

– метаболическая функция.

Внешнее дыхание – это поступление газов (вдох) и отведение воздуха (выдох) из внешней среды по дыхательным путям к респираторному отделу лёгких и двусторонняя диффузия газов через аэрогематический барьер. Функция внешнего дыхания осуществляется путем переноса газов по воздухоносным путям (за счет работы дыхательных мышц, обеспечивающих снижение воздушного давления в грудной клетке) к респираторному отделу легких. Здесь путём диффузии осуществляется перенос газов к респираторной поверхности альвеол и газообмен через аэрогематический барьер (т. е. между полостью альвеол и кровью, находящейся в кровеносных капиллярах межальвеолярных перегородок). Аэрогематический барьер состоит из нескольких структур: альвеолярные клетки I типа (0.2 мкм), общая базальная мембрана (0.1 мкм), уплощённая часть эндотелиальной клетки капилляра (0.2 мкм). Минимальная толщина аэрогематического барьера составляет 0.5 мкм. Реально в состав барьера входят выстилающая альвеолярную поверхность плёнка сурфактанта и межклеточное вещество между базальными мембранами альвеолоцитов и капилляров, что увеличивает путь газообмена до нескольких микрометров. Сурфактант – эмульсия фосфолипидов, белков и углеводов. Сурфактант содержит ряд уникальных белков, способствующих адсорбции на границе двух фаз (газа и жидкости). Часть белков сурфактанта участвуют в местных иммунных реакциях, опосредуя фагоцитоз.

Легочная вентиляция (вентиляция воздухоносных путей) осуществляется только во время вдоха. Альвеолярная вентиляция происходит постоянно, путем диффузии газов по градиенту их парциальных давлений. Этот градиент может быть увеличен за счет 1)повышения скорости вентиляции воздухоносных путей, 2)ускорении кровотока по капиллярам малого круга кровообращения и 3)повышении связывания кислорода гемоглобином (и соответствующего снижения напряжения растворенного кислорода в крови).

Процесс, в ходе которого дезоксигенированная кровь лёгочных артерий проходит через лёгкие и оксигенируется, называется перфузией. Кровоснабжение лёгких осуществляется из двух источников – лёгочных артерий лёгочного ствола, начинающегося от правого желудочка (малый круг кровообращения) и бронхиальных артерий (ветви грудной части аорты, большой круг кровообращения). Лёгочные артерии содержат дезоксигенированную венозную кровь, их разветвления следуют вместе с разветвлениями воздухоносных путей и распадаются на капилляры межальвеолярных перегородок. После газообмена кровь собирается в бассейн лёгочных вен. Бронхиальные артерии содержат оксигенированную кровь, кровоснабжают по преимуществу проводящие воздухоносные пути. Венозная кровь оттекает в бассейн лёгочных вен и в значительно меньшей степени в непарную вену.