Круги кровообращения у человека: эволюция, строение и работа большого и малого, дополнительные, особенности. Кровообращение Работа сердца и ее регуляция. Гигиена кровеносной системы

Это непрерывное движение крови по замкнутой сердечно-сосудистой системе, обеспечивающее обмен газов в легких и тканях тела.

Помимо обеспечения тканей и органов кислородом и удаления из них углекислоты, кровообращение доставляет к клеткам питательные вещества, воду, соли, витамины, гормоны и удаляет конечные продукты обмена веществ, а также поддерживает постоянство температуры тела, обеспечивает гуморальную регуляцию и взаимосвязь органов и систем органов в организме.

Система органов кровообращения состоит из сердца и кровеносных сосудов , пронизывающих все органы и ткани тела.

Кровообращение начинается в тканях, где совершается обмен веществ через стенки капилляров. Кровь, отдавшая кислород органам и тканям, поступает в правую половину сердца и направляется им в малый (легочной) круг кровообращения, где кровь насыщается кислородом, возвращается к сердцу, поступая в левую его половину, и вновь разносится по всему организму (большому кругу кровообращения).

Сердце - главный орган системы кровообращения. Оно представляет собой полый мышечный орган, состоящий из четырех камер: двух предсердий (правого и левого), разделенных межпредсердной перегородкой, и двух желудочков (правого и левого), разделенных межжелудочковой перегородкой. Правое предсердие сообщается с правым желудочком через трехстворчатый, а левое предсердие с левым желудочком - через двустворчатый клапан. Масса сердца взрослого человека в среднем около 250 г у женщин и около 330 г у мужчин. Длина сердца 10-15 см, поперечный размер 8-11 см и переднезадний - 6-8,5 см. Объем сердца у мужчин в среднем равен 700-900 см 3 , а у женщин - 500-600 см 3 .

Наружные стенки сердца образованы сердечной мышцей, которая по структуре сходна с поперечнополосатыми мышцами. Однако сердечная мышца отличается способностью автоматически ритмично сокращаться благодаря импульсам, возникающим в самом сердце независимо от внешних воздействий (автоматия сердца).

Функция сердца состоит в ритмичном нагнетании в артерии крови, приходящей к нему по венам. Сердце сокращается около 70-75 раз в минуту в состоянии покоя организма (1 раз за 0,8 с). Более половины этого времени оно отдыхает - расслабляется. Непрерывная деятельность сердца складывается из циклов, каждый из которых состоит из сокращения (систола) и расслабления (диастола).

Различают три фазы сердечной деятельности:

• сокращение предсердий - систола предсердий - занимает 0,1 с
• сокращение желудочков - систола желудочков - занимает 0,3 с
• общая пауза - диастола (одновременное расслабление предсердий и желудочков) - занимает 0,4 с

Таким образом, в течение всего цикла предсердия работают 0,1 с и отдыхают 0,7 с, желудочки работают 0,3 с и отдыхают 0,5 с. Этим объясняется способность сердечной мышцы работать, не утомляясь, в течение всей жизни. Высокая работоспособность сердечной мышцы обусловлена усиленным кровоснабжением сердца. Примерно 10 % крови, выбрасываемой левым желудочком в аорту, поступает в отходящие от нее артерии, которые питают сердце.

Артерии - кровеносные сосуды, несущие обогащенную кислородом кровь от сердца к органам и тканям (лишь легочная артерия несет венозную кровь).

Стенка артерии представлена тремя слоями: наружной соединительнотканной оболочкой; средней, состоящей из эластических волокон и гладких мышц; внутренней, образованной эндотелием и соединительной тканью.

У человека диаметр артерий колеблется от 0,4 до 2,5 см. Общий объем крови в артериальной системе составляет в среднем 950 мл. Артерии постепенно древовидно ветвятся на все более мелкие сосуды - артериолы, которые переходят в капилляры.

Капилляры (от лат. "капиллюс" - волос) - мельчайшие сосуды (средний диаметр не превышает 0,005 мм, или 5 мкм), пронизывающие органы и ткани животных и человека, имеющих замкнутую кровеносную систему. Они соединяют мелкие артерии - артериолы с мелкими венами - венулами. Через стенки капилляров, состоящие из клеток эндотелия, происходит обмен газов и других веществ между кровью и различными тканями.

Вены - кровеносные сосуды, несущие насыщенную углекислым газом, продуктами обмена веществ, гормонами и другими веществами кровь от тканей и органов к сердцу (исключение легочные вены, несущие артериальную кровь). Стенка вены значительно тоньше и эластичнее стенки артерии. Мелкие и средние вены снабжены клапанами, препятствующими обратному току крови в этих сосудах. У человека объем крови в венозной системе составляет в среднем 3200 мл.

Круги кровообращения

Движение крови по сосудам впервые было описано в 1628 г. английским врачом В. Гарвеем.

У человека и млекопитающих кровь движется по замкнутой сердечно-сосудистой системе, состоящей из большого и малого кругов кровообращения (рис.).

Большой круг начинается от левого желудочка, через аорту разносит кровь по всему телу, в капиллярах отдает тканям кислород, забирает углекислый газ, превращается из артериальной в венозную и по верхней и нижней полым венам возвращается в правое предсердие. Малый круг кровообращения начинается от правого желудочка, через легочную артерию разносит кровь к легочным капиллярам. Здесь кровь отдает углекислый газ, насыщается кислородом и по легочным венам течет к левому предсердию. Из левого предсердия через левый желудочек кровь вновь поступает в большой круг кровообращения.

Малый круг кровообращения - легочной круг - служит для обогащения крови кислородом в легких. Он начинается от правого желудочка и заканчивается левым предсердием.

Из правого желудочка сердца венозная кровь поступает в легочной ствол (общая легочная артерия), которая вскоре делится на две ветви,- несущие кровь к правому и левому легкому.

В легких артерии разветвляются на капилляры. В капиллярных сетях, оплетающих легочные пузырьки, кровь отдает углекислоту и получает взамен новый запас кислорода (легочное дыхание). Насыщенная кислородом кровь приобретает алый цвет, становится артериальной и поступает из капилляров в вены, которые, слившись в четыре легочные вены (по две с каждой стороны), впадают в левое предсердие сердца. В левом предсердии заканчивается малый (легочный) круг кровообращения, а поступившая в предсердие артериальная кровь переходит через левое атриовентрикулярное отверстие в левый желудочек, где начинается большой круг кровообращения. Следовательно, в артериях малого круга кровообращения течет венозная кровь, а в его венах - артериальная.

Большой круг кровообращения - телесный - собирает венозную кровь от верхней и нижней половины туловища и аналогично распределяет артериальную; начинается от левого желудочка и заканчивается правым предсердием.

Из левого желудочка сердца кровь поступает в самый крупный артериальный сосуд - аорту. Артериальная кровь содержит необходимые для жизнедеятельности организма питательные вещества и кислород и имеет ярко-алый цвет.

Аорта разветвляется на артерии, которые идут ко всем органам и тканям тела и переходят в толще их в артериолы и далее в капилляры. Капилляры в свою очередь собираются в венулы и далее в вены. Через стенку капилляров происходит обмен веществ и газообмен между кровью и тканями тела. Протекающая в капиллярах артериальная кровь отдает питательные вещества и кислород и взамен получает продукты обмена и углекислоту (тканевое дыхание). Вследствие этого поступающая в венозное русло кровь бедна кислородом и богата углекислотой и потому имеет темную окраску - венозная кровь; при кровотечении по цвету крови можно определить, какой сосуд поврежден - артерия или вена. Вены сливаются в два крупных ствола - верхнюю и нижнюю полые вены, которые впадают в правое предсердие сердца. Этим отделом сердца заканчивается большой (телесный) круг кровообращения.

Дополнением к большому кругу является третий (сердечный) круг кровообращения , обслуживающий само сердце. Он начинается выходящими из аорты венечными артериями сердца и заканчивается венами сердца. Последние сливаются в венечный синус, впадающий в правое предсердие, а остальные вены открываются в полость предсердия непосредственно.

Движение крови по сосудам

Любая жидкость течет от места, где давление выше, туда, где оно ниже. Чем больше разность давлений, тем выше скорость течения. Кровь в сосудах большого и малого круга кровообращений также движется благодаря разности давлений, которую создает сердце своими сокращениями.

В левом желудочке и аорте давление крови выше, чем в полых венах (отрицательное давление) и в правом предсердии. Разность давлений в этих участках обеспечивает движение крови в большом круге кровообращения. Высокое давление в правом желудочке и легочной артерии и низкое в легочных венах и левом предсердии обеспечивают движение крови в малом круге кровообращения.

Самое высокое давление в аорте и крупных артериях (артериальное давление). Артериальное кровяное давление не является постоянной величиной [показать]

Кровяное давление - это давление крови на стенки кровеносных сосудов и камер сердца, возникающее в результате сокращения сердца, нагнетающего кровь в сосудистую систему, и сопротивления сосудов. Наиболее важным медицинским и физиологическим показателем состояния кровеносной системы является величина давления в аорте и крупных артериях - артериальное давление.

Артериальное кровяное давление не является постоянной величиной. У здоровых людей в состоянии покоя различают максимальное, или систолическое, давление крови - уровень давления в артериях во время систолы сердца около 120 мм ртутного столба, и минимальное, или диастолическое,- уровень давления в артериях во время диастолы сердца около 80 мм ртутного столба. Т.е. артериальное кровяное давление пульсирует в такт сокращений сердца: в момент систолы оно повышается до 120-130 мм рт. ст., а во время диастолы снижается до 80-90 мм рт. ст. Эти пульсовые колебания давления происходят одновременно с пульсовыми колебаниями артериальной стенки.

По мере продвижения крови по артериям часть энергии давления используется на преодоление трения крови о стенки сосудов, поэтому давление постепенно падает. Особенно значительное падение давления происходит в самых мелких артериях и капиллярах - они оказывают наибольшее сопротивление движению крови. В венах кровяное давление продолжает постепенно снижаться, и в полых венах оно равно атмосферному давлению или даже ниже его. Показатели кровообращения в разных отделах кровеносной системы приведены в табл. 1.

Скорость движения крови зависит не только от разности давлений, но и от ширины кровеносного русла. Хотя аорта - самый широкий сосуд, но в организме она одна и через нее протекает вся кровь, которая выталкивается левым желудочком. Поэтому скорость здесь максимальная - 500 мм/с (см. табл. 1). По мере разветвления артерий их диаметр уменьшается, однако общая площадь поперечного сечения всех артерий возрастает и скорость движения крови уменьшается, достигая в капиллярах 0,5 мм/с. Благодаря столь малой скорости течения крови в капиллярах кровь успевает отдать кислород и питательные вещества тканям и принять продукты их жизнедеятельности.

Замедление тока крови в капиллярах объясняется их огромным количеством (около 40 млрд.) и большим суммарным просветом (в 800 раз больше просвета аорты). Движение крови в капиллярах осуществляется за счет изменения просвета подводящих мелких артерий: их расширение усиливает кровоток в капиллярах, а сужение - уменьшает.

Вены на пути от капилляров по мере приближения к сердцу укрупняются, сливаются, их количество и суммарный просвет кровяного русла уменьшается, а скорость движения крови по сравнению с капиллярами возрастает. Из табл. 1 также видно, что 3/4 всей крови находится в венах. Это связано с тем, что тонкие стенки вен способны легко растягиваться, поэтому они мoгут содержать значительно больше крови, чем соответствующие артерии.

Основной причиной движения крови по венам служит разность давлений в начале и конце венозной системы, поэтому движение крови по венам происходит в направлении к сердцу. Этому способствуют присасывающее действие грудной клетки ("дыхательный насос") и сокращение скелетной мускулатуры ("мышечный насос"). Во время вдоха давление в грудной клетке уменьшается. При этом разность давлений в начале и в конце венозной системы увеличивается, и кровь по венам направляется к сердцу. Скелетные мышцы, сокращаясь, сжимают вены, что также способствует передвижению крови к сердцу.

Соотношение между скоростью движения крови, шириной кровеносного русла и давлением крови иллюстрирует рис. 3. Количество крови, протекающее за единицу времени через сосуды, равно произведению скорости движения крови на площадь поперечного сечения сосудов. Эта величина одинакова для всех частей кровеносной системы: сколько крови выталкивает сердце в аорту, столько ее протекает через артерии, капилляры и вены и столько же возвращается назад к сердцу, и равна минутному объему крови.

Перераспределение крови в организме

Если артерия, отходящая от аорты к какому-нибудь органу, благодаря расслаблению своих гладких мышц расширится, то орган будет получать больше крови. В то же время другие органы получат за счет этого меньше крови. Так происходит перераспределение крови в организме. Вследствие перераспределения к работающим органам притекает больше крови за счет органов, которые в данное время пребывают в покое.

Перераспределение крови регулируется нервной системой: одновременно с расширением сосудов в работающих органах кровеносные сосуды неработающих суживаются и артериальное давление остается неизменным. Но если расширятся все артерии, это приведет к падению артериального давления и к уменьшению скорости движения крови в сосудах.

Время кругооборота крови

Время кругооборота крови - это время, необходимое для того, чтобы кровь прошла через весь круг кровообращения. Для измерения времени кругооборота крови применяется ряд способов [показать]

Принцип измерения времени кругооборота крови заключается в том, что в вену вводят какое-либо вещество, не встречающееся обычно в организме, и определяют, через какой промежуток времени оно появляется в одноименной вене другой стороны или вызывает характерное для него действие. Например, в локтевую вену вводят раствор алкалоида лобелина, действующего через кровь на дыхательный центр продолговатого мозга, и определяют время от момента введения вещества до момента, когда появляется кратковременная задержка дыхания или кашель. Это происходит, когда молекулы лобелина, совершив кругооборот в кровеносной системе, подействуют на дыхательный центр и вызовут изменение дыхания или кашель.

В последние годы скорость кругооборота крови по обоим кругам кровообращения (или только по малому, или только по большому кругу) определяют с помощью радиоактивного изотопа натрия и счетчика электронов. Для этого несколько таких счетчиков помещают на разных частях тела вблизи крупных сосудев и в области сердца. После введения в локтевую вену радиоактивного изотопа натрия определяют время появления радиоактивного излучения в области сердца и исследуемых сосудов.

Время кругооборота крови у человека составляет в среднем примерно 27 систол сердца. При 70-80 сокращениях сердца в минуту полный кругооборот крови происходит приблизительно за 20-23 секунды. Не надо забывать, однако, что скорость течения крови по оси сосуда больше, чем у его стенок, а также, что не все сосудистые области имеют одинаковую протяженность. Поэтому не вся кровь совершает кругооборот так быстро, и указанное выше время является кратчайшим.

Исследования на собаках показали, что 1/5 времени полного кругооборота крови приходится на малый круг кровообращения и 4/5 - на большой круг.

Регуляция кровообращения

Иннервация сердца . Сердце, как и другие внутренние органы, иннервируетея вегетативной нервной системой и получает двойную иннервацию. К сердцу подходят симпатические нервы, которые усиливают и ускоряют его сокращения. Вторая группа нервов - парасимпатические - действует на сердце противоположным образом: замедляет и ослабляет сердечные сокращения. Эти нервы регулируют работу сердца.

Кроме того, на работу сердца влияет гормон надпочечников - адреналин, который с кровью поступает в сердце и усиливает его сокращения. Регуляция работы органов с помощью веществ, переносимых кровью, называется гуморальной.

Нервная и гуморальная регуляции сердца в организме действуют согласованно и обеспечивают точное приспособление деятельности сердечно-сосудистой системы к потребностям организма и условиям окружающей среды.

Иннервация кровеносных сосудов. Кровеносные сосуды иниервируются симпатическими нервами. Возбуждение, распространяющееся по ним, вызывает сокращение гладких мышц в стенках сосудов и суживает сосуды. Если перерезать симпатические нервы, идущие к определенной части тела, соответствующие сосуды расширятся. Следовательно, по симпатическим нервам к кровеносным сосудам все время поступает возбуждение, которое держит эти сосуды в состоянии некоторого сужения - сосудистого тонуса. Когда возбуждение усилнвается, частота нервных импульсов возрастает и сосуды суживаются сильнее - сосудистый тонус повышается. Наоборот, при уменьшении частоты нервных импульсов вследствие торможения симпатических нейронов сосудистый тонус снижается и кровеносные сосуды расширяются. К сосудам некоторых органов (скелетных мышц, слюнных желез) кроме сосудосуживающих подходят также сосудорасширяющие нервы. Эти нервы возбуждаются и расширяют кровеносные сосуды органов во время их работы. На просвет сосудов влияют также вещества, которые разносятся кровью. Адреналин суживает кровеносные сосуды. Другое вещество - ацетилхолин, - выделяемое окончаниями некоторых нервов, расширяет их.

Регуляция деятельности сердечно-сосудистой системы. Кровоснабжение органов изменяется в зависимости от их потребностей благодаря описанному перераспределению крови. Но это перераспределение может быть эффективным только при условии, что давление в артериях не изменяется. Одной из основных функций нервной регуляции кровообращения является поддержание постоянного кровяного давления. Эта функция осуществляется рефлекторно.

В стенке аорты и сонных артерий имеются рецепторы, которые раздражаются сильнее, если кровяное давление превышает нормальный уровень. Возбуждение от этих рецепторов идет к сосудодвигательному центру, расположенному в продолговатом мозге, и тормозит его работу. От центра по симпатическим нервам к сосудам и сердцу начинает поступать более слабое возбуждение, чем раньше, и кровеносные сосуды расширяются, а сердце ослабляет свою работу. Вследствие этих изменений кровяное давление снижается. А если давление почему-либо упало ниже нормы, то раздражение рецепторов прекращается совсем и сосудо-двигательный центр, не получая тормозных влияний от рецепторов, усиливает свою деятельность: посылает к сердцу и сосудам больше нервных импульсов в секунду, сосуды суживаются, сердце сокращается, чаще и сильнее, кровяное давление повышается.

Гигиена сердечной деятельности

Нормальная деятельность человеческого организма возможна лишь при наличии хорошо развитой сердечно-сосудистой системы. Скорость кровотока будет определять степень кровоснабжения органов и тканей и скорость удаления продуктов жизнедеятельности. При физической работе потребность органов в кислороде возрастает одновременно с усилением и учащением сердечных сокращений. Такую работу может обеспечить только сильная сердечная мышца. Чтобы быть выносливым к разнообразной трудовой деятельности, важно тренировать сердце, увеличивать силу его мышцы.

Физический труд, физкультура развивают сердечную мышцу. Для обеспечения нормальной функции сердечно-сосудистой системы человек должен начинать свой день с утренней зарядки, особенно люди, профессии которых не связаны с физическим трудом. Для обогащения крови кислородом физические упражнения лучше выполнять на свежем воздухе.

Необходимо помнить, что чрезмерные физические и психические напряжения могут вызвать нарушение нормальной работы сердца, его заболевания. Особенно вредное влияние на сердечно-сосудистую систему оказывают алкоголь, никотин, наркотики. Алкоголь и никотин отравляют сердечную мышцу и нервную систему, вызывают резкие нарушения регуляции сосудистого тонуса и деятельности сердца. Они ведут к развитию тяжелых заболеваний сердечно-сосудистой системы и могут стать причиной внезапной смерти. У курящих и употребляющих алкоголь молодых людей чаще, чем у других, возникают спазмы сосудов сердца, вызывающие тяжелые сердечные приступы, иногда и смерть.

Первая помощь при ранениях и кровотечениях

Травмы часто сопровождаются кровотечением. Различают капиллярное, венозное и артериальное кровотечения.

Капиллярное кровотечение возникает даже при незначительном ранении и сопровождается медленным вытеканием крови из раны. Такую рану следует обработать раствором бриллиантового зеленого (зеленкой) для обеззараживания и наложить чистую марлевую повязку. Повязка останавливает кровотечение, способствует образованию тромба и не дает возможности микробам попасть в рану.

Венозное кровотечение характеризуется значительно большей скоростью вытекания крови. Вытекающая кровь имеет темный цвет. Для остановки кровотечения необходимо наложить тугую повязку ниже раны, т. е. дальше от сердца. После остановки кровотечения рану обрабатывают дезинфицирующим средством (3% р-р перекиси водорода, водка), перевязывают стерильной давящей повязкой.

При артериальном кровотечении из раны фонтанирует алая кровь. Это наиболее опасное кровотечение. При повреждении артерии конечности нужно поднять конечность как можно выше, согнуть ее и прижать пальцем раненную артерию в том месте, где она близко подходит к поверхности тела. Необходимо также выше места ранения, т. е. ближе к сердцу, наложить резиновый жгут (можно использовать для этого бинт, веревку) и туго его затянуть, чтобы полностью остановить кровотечение. Жгут нельзя держать затянутым более 2 ч. При его наложении необходимо прикрепить записку, в которой следует указать время наложения жгута.

Следует помнить, что венозное, а еще в большей степени артериальное кровотечение может привести к значительной потере крови и даже к смерти. Поэтому при ранении необходимо как можно скорее остановить кровотечение, а затем доставить пострадавшего в больницу. Сильная боль или испуг могут привести к тому, что человек потеряет сознание. Потеря сознания (обморок) является следствием торможения сосудодвигательного центра, падения кровяного давления и недостаточного снабжения головного мозга кровью. Потерявшему сознание необходимо дать понюхать какое-нибудь нетоксичное с сильным запахом вещество (например, нашатырный спирт), смочить лицо холодной водой или слегка похлопать его по щекам. При раздражении обонятельных или кожных рецепторов возбуждение от них поступает в головной мозг и снимает торможение сосудодвигательного центра. Кровяное давление повышается, головной мозг получает достаточное питание, и сознание возвращается.

Круги кровообращения Вопросы для сравнения Большой круг Малый круг Где начинается?В левом желудочкеВ правом желудочке Где заканчивается?В правом предсердииВ левом предсердии Как называются кровеносные сосуды, относящиеся к этому кругу? Аорта, артерии, капилляры, верхняя полая и нижняя полая вены Легочные артерии, капилляры, легочные вены Где проходят капилляры? В тканяхВ альвеолах Как изменяется состав крови? Артериальная кровь становится венозной Венозная кровь становится артериальной

Таблица к лабораторной работе «Изменения в тканях при перетяжках» Ход опыта Выполнение опыта 1. Накрутите на палец резину. Обратите внимание на изменение цвета пальца. Цвет пальца меняется 2. Почему палец делается сначала красным, потом фиолетовым? Затрудняется отток крови по венам и лимфы по лимфатическим сосудам; расширение кровеносных капилляров и вен приводит к покраснению, а затем и к посинению пальца. 3. Почему палец становится белым?Из-за выхода плазмы крови в межклеточные промежутки. 4. Почему ощущаются признаки кислородной недостаточности? Как они проявляются? Клетки сдавлены. Проявляются как «ползание мурашек», покалывание. 5. Почему нарушена чувствительность?Нарушена работа рецепторов. 6. Почему ткани пальца уплотнены?Тканевая жидкость накапливается, сдавливая клетки. 7. Снимите перетяжку и помассируйте палец по направлению к сердцу. Что достигается этим приемом? Восстанавливает отток крови по венам и лимфы по лимфатическим сосудам.

Домашнее задание а) Выполнил все задания без ошибок – творческое задание б) Выполнил все задания, но с ошибками - § 21, все задания из рабочей тетради Творческое задание: 1). Объясните, почему при замкнутой системе необходима промежуточная среда – тканевая жидкость. 2). Опытным путем докажите, что по большому кругу кровообращения к органам идет артериальная кровь, а возвращается от органов к сердцу венозная

Кровообращение — это движение крови по сосудистой системе, обеспечивающее газообмен между организмом и внешней средой, обмен веществ между органами и тканями и гуморальную регуляцию различных функций организма.

Система кровообращения включает сердце и — аорту, артерии, артериолы, капилляры, венулы, вены и . Кровь движется по сосудам благодаря сокращению сердечной мышцы.

Кровообращение совершается по замкнутой системе, состоящей из малого и большого кругов:

• Большой круг кровообращения обеспечивает все органы и ткани кровью с содержащимися в ней питательными веществами.
• Малый, или легочный, круг кровообращения предназначен для обогащения крови кислородом.

Круги кровообращения впервые были описаны английским ученым Уильямом Гарвеем в 1628 г. в труде «Анатомические исследования о движении сердца и сосудов».

Малый круг кровообращения начинается из правого желудочка, при сокращении которого венозная кровь попадает в легочный ствол и, протекая через легкие, отдает диоксид углерода и насыщается кислородом. Обогащенная кислородом кровь из легких по легочным венам поступает в левое предсердие, где заканчивается малый круг.

Большой круг кровообращения начинается из левого желудочка, при сокращении которого кровь, обогащенная кислородом, нагнетается в аорту, артерии, артериолы и капилляры всех органов и тканей, а оттуда по венулам и венам притекает в правое предсердие, где и заканчивается большой круг.

Самым крупным сосудом большого круга кровообращения является аорта, которая выходит из левого желудочка сердца. Аорта образует дугу, от которой ответвляются артерии, несущие кровь к голове (сонные артерии) и к верхним конечностям (позвоночные артерии). Аорта проходит вниз вдоль позвоночника, где от нее отходят ветви, несущие кровь к органам брюшной полости, к мышцам туловища и нижним конечностям.

Артериальная кровь, богатая кислородом, проходит по всему телу, доставляя клеткам органов и тканей необходимые для их деятельности питательные вещества и кислород, и в капиллярной системе превращается в кровь венозную. Венозная кровь, насыщенная углекислым газом и продуктами клеточного обмена, возвращается в сердце и из него поступает в легкие для газообмена. Наиболее крупными венами большого круга кровообращения являются верхняя и нижняя полые вены, впадающие в правое предсердие.

Рис. Схема малого и большого кругов кровообращения

Следует обратить внимание, как в большой круг кровообращения включены системы кровообращения печени и почек. Вся кровь из капилляров и вен желудка, кишечника, поджелудочной железы и селезенки поступает в воротную вену и проходит через печень. В печени воротная вена разветвляется на мелкие вены и капилляры, которые затем вновь соединяются в общий ствол печеночной вены, впадающей в нижнюю полую вену. Вся кровь органов брюшной полости до поступления в большой круг кровообращения протекает через две капиллярные сети: капилляры этих органов и капилляры печени. Воротная система печени играет большую роль. Она обеспечивает обезвреживание ядовитых веществ, которые образуются в толстом кишечнике при расщеплении невсосавшихся в тонком кишечнике аминокислот и всасываются слизистой толстой кишки в кровь. Печень, подобно всем остальным органам, получает и артериальную кровь через печеночную артерию, отходящую от брюшной артерии.

В почках также имеются две капиллярные сети: капиллярная сеть есть в каждом мальпигиевом клубочке, затем эти капилляры соединяются в артериальный сосуд, который вновь распадается на капилляры, оплетающие извитые канальцы.

Рис. Схема кровообращения

Особенностью кровообращения в печени и почках является замедление тока крови, обусловливающейся функцией этих органов.

Таблица 1. Отличие тока крови в большом и малом кругах кровообращения

Ток крови в организме	Большой круг кровообращения	Малый круг кровообращения
В каком отделе сердца начинается круг?	В левом желудочке	В правом желудочке
В каком отделе сердца заканчивается круг?	В правом предсердии	В левом предсердии
Где происходит газообмен?	В капиллярах, находящихся в органах грудной и брюшной полостей, головном мозге, верхних и нижних конечностях	В капиллярах, находящихся в альвеолах легких
Какая кровь движется по артериям?	Артериальная	Венозная
Какая кровь движется по венам?	Венозная	Артериальная
Время движения крови по кругу
Функция круга	Снабжение органов и тканей кислородом и перенос углекислого газа	Насыщение крови кислородом и удаление из организма углекислого газа

Время кругооборота крови - время однократного прохождения частицы крови по большому и малому кругам сосудистой системы. Подробнее следующем разделе статьи.

Закономерности движения крови по сосудам

Основные принципы гемодинамики

Гемодинамика — это раздел физиологии, изучающий закономерности и механизмы движения крови по сосудам организма человека. При ее изучении используется терминология и учитываются законы гидродинамики — науки о движении жидкостей.

Скорость, с которой движется кровь но сосудам, зависит от двух факторов:

• от разности давления крови в начале и конце сосуда;
• от сопротивления, которое встречает жидкость на своем пути.

Разность давлений способствует движению жидкости: чем она больше, тем интенсивнее это движение. Сопротивление в сосудистой системе, уменьшающее скорость движения крови, зависит от ряда факторов:

• длины сосуда и его радиуса (чем больше длина и меньше радиус, тем больше сопротивление);
• вязкости крови (она в 5 раз больше вязкости воды);
• трения частиц крови о стенки сосудов и между собой.

Показатели гемодинамики

Скорость кровотока в сосудах осуществляется по законам гемодинамики, общим с законами гидродинамики. Скорость кровотока характеризуется тремя показателями: объемной скоростью кровотока, линейной скоростью кровотока и временем кругооборота крови.

Объемная скорость кровотока - количество крови, протекающее через поперечное сечение всех сосудов данного калибра за единицу времени.

Линейная скорость кровотока - скорость движения отдельной частицы крови вдоль сосуда за единицу времени. В центре сосуда линейная скорость максимальна, а около стенки сосуда минимальна вследствие повышенного трения.

Время кругооборота крови - время, в течение которого кровь проходит по большому и малому кругам кровообращения.В норме составляет 17-25 с. На прохождение через малый круг затрачивается около 1/5, а на прохождение через большой — 4/5 этого времени

Движущей силой кровотока но системе сосудов каждого из кругов кровообращения является разность давления крови (ΔР ) в начальном участке артериального русла (аорта для большого круга) и конечном участке венозного русла (полые вены и правое предсердие). Разность давления крови (ΔР ) в начале сосуда (Р1 ) и в конце его (Р2 ) является движущей силой тока крови через любой сосуд кровеносной системы. Сила градиента давления крови расходуется на преодоление сопротивления кровотоку (R ) в системе сосудов и в каждом отдельном сосуде. Чем выше градиент давления крови в кругу кровообращения или в отдельном сосуде, тем больше в них объемный кровоток.

Важнейшим показателем движения крови по сосудам является объемная скорость кровотока , или объемный кровоток (Q ), под которым понимают объем крови, протекающей через суммарное поперечное сечение сосудистого русла или сечение отдельного сосуда в единицу времени. Объемную скорость кровотока выражают в литрах на минуту (л/мин) или миллилитрах на минуту (мл/мин). Для оценки объемного кровотока через аорту или суммарное поперечное сечение любого другого уровня сосудов большого круга кровообращения используют понятие объемный системный кровоток. Поскольку за единицу времени (минуту) через аорту и другие сосуды большого круга кровообращения протекает весь объем крови, выброшенной левым желудочком за это время, синонимом понятия системный объемный кровоток является понятие (МОК). МОК взрослого человека в покое составляет 4-5 л/мин.

Различают также объемный кровоток в органе. В этом случае имеют в виду суммарный кровоток, протекающий за единицу времени через все приносящие артериальные или выносящие венозные сосуды органа.

Таким образом, объемный кровоток Q = (P1 — Р2) / R.

В этой формуле выражена суть основного закона гемодинамики, утверждающего, что количество крови, протекающей через суммарное поперечное сечение сосудистой системы или отдельного сосуда в единицу времени, прямо пропорционально разности давления крови в начале и в конце сосудистой системы (или сосуда) и обратно пропорционально сопротивлению току крови.

Суммарный (системный) минутный кровоток в большом круге рассчитывается с учетом величин среднего гидродинамического давления крови в начале аорты P1 , и в устье полых вен Р2. Поскольку в этом участке вен давление крови близко к 0 , то в выражение для расчетаQ или МОК подставляется значение Р , равное среднему гидродинамическому артериальному давлению крови в начале аорты:Q (МОК)= P / R .

Одно из следствий основного закона гемодинамики — движущая сила тока крови в сосудистой системе — обусловлено давлением крови, создаваемым работой сердца. Подтверждением решающего значения величины давления крови для кровотока является пульсирующий характер тока крови на протяжении сердечного цикла. Во время систолы сердца, когда давление крови достигает максимального уровня, кровоток увеличивается, а во время диастолы, когда давление крови минимально, кровоток ослабляется.

По мере продвижения крови по сосудам от аорты к венам давление крови уменьшается и скорость его уменьшения пропорциональна сопротивлению кровотоку в сосудах. Особенно быстро снижается давление в артериолах и капиллярах, так как они обладают большим сопротивлением кровотоку, имея малый радиус, большую суммарную длину и многочисленные ветвления, создающие дополнительное препятствие кровотоку.

Сопротивление кровотоку, создаваемое во всем сосудистом русле большого круга кровообращения, называют общим периферическим сопротивлением (ОПС). Следовательно, в формуле для расчета объемного кровотока символR можно заменить его аналогом — ОПС:

Q = P/ОПС.

Из этого выражения выводится ряд важных следствий, необходимых для понимания процессов кровообращения в организме, оценки результатов измерения кровяного давления и его отклонений. Факторы, влияющие на сопротивление сосуда, для тока жидкости, описываются законом Пуазейля, в соответствии с которым

гдеR — сопротивление;L — длина сосуда; η — вязкость крови; Π — число 3,14; r — радиус сосуда.

Из приведенного выражения вытекает, что поскольку числа 8 и Π являются постоянными,L у взрослого человека изменяется мало, то величина периферического сопротивления кровотоку определяется изменяющимися значениями радиуса сосудов r и вязкости крови η ).

Уже упоминалось о том, что радиус сосудов мышечного типа может быстро изменяться и оказывать существенное влияние на величину сопротивления кровотоку (отсюда их название — резистивные сосуды) и величину кровотока через органы и ткани. Поскольку сопротивление зависит от величины радиуса в 4-й степени, то даже небольшие колебания радиуса сосудов сильно сказываются на величинах сопротивления току крови и кровотока. Так, например, если радиус сосуда уменьшится с 2 до 1 мм, то сопротивление его увеличится в 16 раз и при неизменном градиенте давления кровоток в этом сосуде также уменьшится в 16 раз. Обратные изменения сопротивления будут наблюдаться при увеличении радиуса сосуда в 2 раза. При неизменном среднем гемодинамическом давлении кровоток в одном органе может увеличиваться, в другом — уменьшаться в зависимости от сокращения или расслабления гладкой мускулатуры приносящих артериальных сосудов и вен этого органа.

Вязкость крови зависит от содержания в крови числа эритроцитов (гематокрита), белка, липопротеинов в плазме крови, а также от агрегатного состояния крови. В нормальных условиях вязкость крови не изменяется столь быстро, как просвет сосудов. После кровопотери, при эритропении, гипопротеинемии вязкость крови понижается. При значительном эритроцитозе, лейкозах, повышенной агрегации эритроцитов и гиперкоагуляции вязкость крови способна существенно возрастать, что влечет за собой повышение сопротивления кровотоку, увеличение нагрузки на миокард и может сопровождаться нарушением кровотока в сосудах микроциркуляторного русла.

В устоявшемся режиме кровообращения объем крови, изгнанный левым желудочком и протекающий через поперечное сечение аорты, равен объему крови, протекающей через суммарное поперечное сечение сосудов любого другого участка большого круга кровообращения. Этот объем крови возвращается в правое предсердие и поступает в правый желудочек. Из него кровь изгоняется в малый круг кровообращения и затем через легочные вены возвращается в левое сердце. Поскольку МОК левого и правого желудочков одинаковы, а большой и малый круги кровообращения соединены последовательно, то объемная скорость кровотока в сосудистой системе остается одинаковой.

Однако во время изменения условий кровотока, например при переходе из горизонтального в вертикальное положение, когда сила тяжести вызывает временное накопление крови в венах нижней части туловища и ног, на короткое время МОК левого и правого желудочков могут стать различными. Вскоре внутрисердечные и экстракардиальные механизмы регуляции работы сердца выравнивают объемы кровотока через малый и большой круги кровообращения.

При резком уменьшении венозного возврата крови к сердцу, вызывающем уменьшение ударного объема, может понизиться артериальное давление крови. При выраженном его снижении может уменьшиться приток крови к головному мозгу. Этим объясняется ощущение головокружения, которое может наступить при резком переходе человека из горизонтального в вертикальное положение.

Объем и линейная скорость токи крови в сосудах

Общий объем крови в сосудистой системе является важным гомеостатическим показателем. Средняя величина его составляет для женщин 6-7%, для мужчин 7-8% от массы тела и находится в пределах 4-6 л; 80-85% крови из этого объема — в сосудах большого круга кровообращения, около 10% — в сосудах малого круга кровообращения и около 7% — в полостях сердца.

Больше всего крови содержится в венах (около 75%) — это указывает на их роль в депонировании крови как в большом, так и в малом кругу кровообращения.

Движение крови в сосудах характеризуется не только объемной, но и линейной скоростью кровотока. Под ней понимают расстояние, на которое перемещается частичка крови за единицу времени.

Между объемной и линейной скоростью кровотока существует взаимосвязь, описываемая следующим выражением:

V = Q/Пr 2

где V - линейная скорость кровотока, мм/с, см/с;Q - объемная скорость кровотока; П — число, равное 3,14; r — радиус сосуда. Величина Пr 2 отражает площадь поперечного сечения сосуда.

Рис. 1. Изменения давления крови, линейной скорости кровотока и площади поперечного сечения в различных участках сосудистой системы

Рис. 2. Гидродинамические характеристики сосудистого русла

Из выражения зависимости величины линейной скорости от объемной в сосудах кровеносной системы видно, что линейная скорость кровотока (рис. 1.) пропорциональна объемному кровотоку через сосуд(ы) и обратно пропорциональна площади поперечного сечения этого сосуда(ов). Например, в аорте, имеющей наименьшую площадь поперечного сечения в большом круге кровообращения (3-4 см 2), линейная скорость движения крови наибольшая и составляет в покое около 20- 30 см/с . При физической нагрузке она может возрасти в 4-5 раз.

По направлению к капиллярам суммарный поперечный просвет сосудов увеличивается и, следовательно, линейная скорость кровотока в артериях и артериолах уменьшается. В капиллярных сосудах, суммарная площадь поперечного сечения которых больше, чем в любом другом отделе сосудов большого круга (в 500-600 раз больше поперечного сечения аорты), линейная скорость кровотока становится минимальной (менее 1 мм/с). Медленный ток крови в капиллярах создает наилучшие условия для протекания обменных процессов между кровью и тканями. В венах линейная скорость кровотока увеличивается в связи с уменьшением площади их суммарного поперечного сечения по мере приближения к сердцу. В устье полых вен она составляет 10-20 см/с, а при нагрузках возрастает до 50 см/с.

Линейная скорость движения плазмы и зависит не только от типа сосуда, но и от их расположения в потоке крови. Различают ламинарный тип течения крови, при котором ноток крови можно условно разделить на слои. При этом линейная скорость движения слоев крови (преимущественно плазмы), близких или прилежащих к стенке сосуда, — наименьшая, а слоев в центре потока — наибольшая. Между эндотелием сосудов и пристеночными слоями крови возникают силы трения, создающие на эндотелии сосудов сдвиговые напряжения. Эти напряжения играют роль в выработке эндотелием сосудоактивных факторов, регулирующих просвет сосудов и скорость кровотока.

Эритроциты в сосудах (за исключением капилляров) располагаются преимущественно в центральной части потока крови и движутся в нем с относительно высокой скоростью. Лейкоциты, наоборот, располагаются преимущественно в пристеночных слоях потока крови и совершают катящиеся движения с небольшой скоростью. Это позволяет им связываться с рецепторами адгезии в местах механического или воспалительного повреждения эндотелия, прилипать к стенке сосуда и мигрировать в ткани для выполнения защитных функций.

При существенном увеличении линейной скорости движения крови в суженной части сосудов, в местах отхождения от сосуда его ветвей ламинарный характер движения крови может сменяться на турбулентный. При этом в потоке крови может нарушиться послойность перемещения ее частиц, между стенкой сосуда и кровью могут возникать большие силы трения и сдвиговых напряжений, чем при ламинарном движении. Развиваются вихревые потоки крови, возрастает вероятность повреждения эндотелия и отложения холестерина и других веществ в интиму стенки сосуда. Это способно привести к механическому нарушению структуры сосудистой стенки и инициированию развития пристеночных тромбов.

Время полного кругооборота крови, т.е. возврата частицы крови в левый желудочек после ее выброса и прохождения через большой и малый круги кровообращения, составляет в покос 20-25 с, или примерно через 27 систол желудочков сердца. Приблизительно четверть этого времени затрачивается на перемещение крови по сосудам малого круга и три четверти — по сосудам большого круга кровообращения.

Сосуды в организме человека образуют две замкнутые системы кровообращения. Выделяют большой и малый круги кровообращения. Сосуды большого круга снабжают кровью органы, сосуды малого круга обеспечивают газообмен в легких.

Большой круг кровообращения : артериальная (насыщенная кислородом) кровь течет от левого желудочка сердца через аорту, далее по артериям, артериальным капиллярам ко всем органам; от органов венозная кровь (насыщенная углекислым газом) течет по венозным капиллярам в вены, оттуда через верхнюю полую вену (от головы, шеи и рук) и нижнюю полую вену (от туловища и ног) в правое предсердие.

Малый круг кровообращения : венозная кровь течет от правого желудочка сердца через легочную артерию в густую сеть капилляров, оплетающих легочные пузырьки, где кровь насыщается кислородом, далее артериальная кровь течет по легочным венам в левое предсердие. В малом круге кровообращения артериальная кровь течет по венам, венозная - по артериям. Начинается в правом желудочке и оканчивается в левом предсердии. Из правого желудочка выходит легочный ствол, несущий венозную кровь в легкие. Здесь легочные артерии распа­даются на сосуды более мелкого диаметра, переходящие в капилляры. Кровь, насыщенная кислородом, оттекает по четырем легочным венам в левое предсердие.

Кровь движется по сосудам благодаря ритмичной работе сердца. Во время сокращения желудочков кровь под давлением нагнетается в аорту и легочный ствол. Здесь развивается самое высокое давление- 150 мм рт. ст. По мере продвижения крови по артериям давле­ние снижается до 120 мм рт. ст., а в капиллярах - до 22 мм. Самое низкое давление в венах; в крупных венах оно ниже атмосферного.

Кровь из желудочков выбрасывается порциями, а непрерывность ее течения обеспечивается эластич­ностью стенок артерий. В момент сокращения желудоч­ков сердца стенки артерий растягиваются, а затем в силу эластической упругости возвращаются в исходное состояние еще до очередного поступления крови из же­лудочков. Благодаря этому кровь продвигается вперед. Ритмические колебания диаметра артериальных сосу­дов, вызываемые работой сердца, называются пульсом. Он легко прощупывается в местах, где артерии лежат на кости (лучевая, тыльная артерия стопы). Считая пульс, можно определить частоту сердечных сокращений и их силу. У взрослого здорового человека в состоянии покоя частота пульса равна 60-70 ударам в минуту. При раз­личных заболеваниях сердца возможна аритмия - пе­ребои пульса.

С наибольшей скоростью кровь течет в аорте - око­ло 0,5 м/с. В дальнейшем скорость движения падает и в артериях достигает 0,25 м/с, а в капиллярах - прибли­зительно 0,5 мм/с. Медленное течение крови в капилля­рах и большая протяженность последних благоприятст­вуют обмену веществ (общая длина капилляров в орга­низме человека достигает 100 тыс. км, а общая поверх­ность всех капилляров тела - 6300 м 2). Большая раз­ница в скорости течения крови в аорте, капиллярах и венах обусловлена неодинаковой шириной общего сече­ния кровяного русла в его различных участках. Самый узкий такой участок - аорта, а суммарный просвет капилляров в 600-800 раз превышает просвет аорты. Этим объясняется замедление тока крови в капил­лярах.

Движение крови по сосудам регулируется нервно-гуморальными факторами. Импульсы, посылаемые по нервным окончаниям, могут вызывать или сужение, или расширение просвета сосудов. К гладкой мускулатуре стенок сосудов подходят два вида сосудодвигательных нервов: сосудорасширяющие и сосудосуживающие.

Импульсы, идущие по этим нервным волокнам, возника­ют в сосудодвигательном центре продолговатого мозга. При обычном состоянии организма стенки артерий несколько напряжены и их просвет сужен. Из сосудо-двигательного центра по сосудодвигательным нервам непрерывно поступают импульсы, которые и обусловли­вают постоянный тонус. Нервные окончания в стенках сосудов реагируют на изменения давления и химическо­го состава крови, вызывая в них возбуждение. Это возбуждение поступает в центральную нервную систе­му, результатом чего служит рефлекторное изменение деятельности сердечно-сосудистой системы. Таким об­разом, увеличение и уменьшение диаметров сосудов происходит рефлекторным путем, но тот же эффект мо­жет возникнуть и под влиянием гуморальных факто­ров - химических веществ, которые, находятся в крови и поступают сюда с пищей и из различных внутренних органов. Среди них имеют значение сосудорасширя­ющие и сосудосуживающие. Например, гормон гипо­физа - вазопрессин, гормон щитовидной железы - тироксин, гормон надпочечников - адреналин сужива­ют сосуды, усиливают все функции сердца, а гистамин, образующийся в стенках пищеварительного тракта и в любом работающем органе, действует противоположно: расширяет капилляры, не действуя на остальные сосуды. Значительный эффект на работу сердца оказывает изменение содержания в крови калия и каль­ция. Повышение содержания кальция увеличивает частоту и силу сокращений, повышает возбудимость и к проводимость сердца. Калий вызывает прямо противоположное действие.

Расширение и сужение сосудов в различных органах существенно влияет на перераспределение крови в организме. В работающий орган, где сосуды расширены, направляется крови больше, в неработающий орган - \ меньше. Депонирующими органами служат селезенка, печень, подкожная жировая клетчатка.

1. Изменение состава крови в большом и малом кругах кровообращения

К органам кровообращения человека и млекопитающих относят сердце и сосуды. В системе кровеносных сосудов различают артерии, капилляры и вены. Артерии несут кровь от сердца под большим давлением, поэтому стенки этих сосудов толстые и упругие. Капилляры – это самые тонкие сосуды, их стенки состоят из одного слоя клеток. Через стенки капилляров легко проникают различные вещества. Вены несут кровь к сердцу под небольшим давлением, поэтому их стенки тонкие и неупругие. Внутри вен есть полулунные клапаны. Стенки вен сжимаются мышцами, что способствует току крови по венам.

Все сосуды образуют два круга кровообращения: большой и малый. Большой круг начинается в левом желудочке. От него отходит аорта, которая образует дугу. От дуги аорты отходят артерии. От начальной части аорты отходят коронарные сосуды, которые снабжают кровью миокард. Часть аорты, находящаяся в грудной клетке, называется грудной аортой, а та часть, которая находится в брюшной полости, – брюшной аортой. Аорта ветвится на артерии, артерии на артериолы, артериолы на капилляры. Из капилляров большого круга ко всем органам и тканям поступают кислород и питательные вещества, а из клеток в капилляры поступают углекислый газ и продукты обмена. В капиллярах кровь превращается из артериальной в венозную.

Очищение крови от ядовитых продуктов распада происходит в сосудах печени и почек. Кровь от пищеварительного тракта, поджелудочной железы и селезенки поступает в воротную вену печени. В печени воротная вена разветвляется на капилляры, которые затем снова объединяются в общий ствол печеночной вены. Эта вена впадает в нижнюю полую вену. Таким образом, вся кровь от органов брюшной полости до поступления в большой круг проходит через две капиллярные сети: через капилляры самих этих органов и через капилляры печени. Воротная система печени обеспечивает обезвреживание ядовитых веществ, которые образуются в толстом кишечнике. В почках тоже имеется две капиллярные сети: сеть почечных клубочков, через которую, плазма крови, содержащая вредные продукты обмена (мочевину, мочевую кислоту), переходит в полость капсулы нефрона, и капиллярная сеть, оплетающая извитые канальцы.

Капилляры сливаются в венулы, затем в вены. В конце концов вся кровь поступает в верхнюю и нижнюю полые вены, которые впадают в правое предсердие.

Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке и заканчивается в левом предсердии. Венозная кровь из правого желудочка поступает в легочную артерию, затем в легкие. В легких происходит газообмен, венозная кровь превращается в артериальную. По четырем легочным венам артериальная кровь поступает в левое предсердие.

Таким образом, главным отличием в составе крови в малом круге кровообращения является то, что по артериальным сосудам малого круга течет венозная кровь, содержащая много углекислого газа, а по венозным сосудам малого круга течет артериальная кровь, обогащенная кислородом.

2. Выход позвоночных на сушу. Усложнение организации земноводных по сравнению с рыбами

Выход позвоночных на сушу начался в девоне, когда появились первые древние земноводные. Земноводные произошли от древних кистеперых рыб (в наше время сохранился только один представитель этих рыб – латимерия). У кистеперых рыб, как и у двоякодышащих рыб, было жаберное и легочное дыхание. Кроме того, в основании парных плавников у этих рыб есть мясистая лопасть; скелет плавников кистеперых напоминает скелет конечностей наземных позвоночных. Древние земноводные (лабиринтодонты, батрахозавры обычно их объединяют под общим названием стегоцефалы) достигали больших размеров (длина только черепа у них была около 1 м), их туловище было покрыто костными щитками. До середины карбона, когда появились пресмыкающиеся, древние земноводные были единственными наземными позвоночными животными.

Современные земноводные – это класс подтипа позвоночных животных. Они сохраняют тесную связь с водной средой, т.к. размножаются в воде.

В связи с выходом на сушу у земноводных развилось легочное дыхание (у рыб дыхание жаберное, исключая двоякодышащих и кистеперых, у которых дыхание не только жаберное, но может быть и легочным). У земноводных в связи с переходом к легочному типу дыхания появились два круга кровообращения и трехкамерное сердце (у рыб – один круг и двухкамерное сердце; исключением являются опять-таки двоякодышащие и кистеперые). Однако легкие у земноводных развиты слабо, поэтому важную роль в газообмене играет кожное дыхание. Кожа у современных земноводных голая, имеет множество желез (у рыб кожа покрыта чешуями). Кожа отделена от мышц полостями, заполненными жидкостью, – это уменьшает опасность высыхания и служит в качестве амортизаторов при передвижении по суше. Кроме того, благодаря этому приспособлению облегчается газообмен через кожу.

Значительные изменения произошли у земноводных в строении скелета. Большинство земноводных не имеет хвоста (исключение – отряд хвостатые: тритоны, саламандры) и передвигается с помощью задних конечностей, прыжками. Голова подвижно сочленяется с туловищем (появляется шейный отдел позвоночника с одним шейным позвонком) – это улучшает ориентацию в воздушной среде.

Передняя конечность кистеперой рыбы Sauripterus (I и II) и пермской панцирной амфибии (III):
1 – гомолог плечевой кости, 2 – гомолог лучевой кости, 3 – гомолог локтевой кости

Для снижения веса (при переходе из водной среды в воздушную вес тела по закону Архимеда возрастает) в черепе земноводных есть много хрящевых элементов, жаберные дуги редуцируются. Ребра у наиболее высокоорганизованных бесхвостых земноводных тоже исчезают. Позвоночный столб у земноводных в большей степени разделен на отделы, чем у рыб: в позвоночном столбе у них есть шейный, туловищный, крестцовый (представлен одним позвонком) и хвостовой отделы (у рыб различают только туловищный и хвостовой отделы; от туловищного отдела у них отходят ребра).

Мышечная система у земноводных организована гораздо разнообразнее, чем у рыб. У земноводных почти исчезает сегментация мышц, появляются разные группы мышц (например, мышцы свободных конечностей, которых нет у рыб). Сложнее устроена у земноводных и нервная система: передний мозг у них крупнее среднего, разделен на два полушария. Мозжечок развит слабее, чем у рыб. Участки спинного мозга, от которых отходят двигательные нервы, у них утолщены. Совершенствуются и органы чувств. В органе слуха появляется среднее ухо (у рыб только внутреннее ухо) – это позволяет воспринимать звуковые колебания в воздушной среде. Глаза прикрыты веками, защищающими их от высыхания и засорения. Глаза земноводных приспособлены к видению в двух средах: водной и воздушной.

Размножение у земноводных происходит в воде. Оплодотворение, как правило, наружное. Развитие идет с метаморфозом. Из икринки появляется личинка, очень похожая на рыбу. У нее, как и у рыб, один круг кровообращения, двухкамерное сердце, жаберное дыхание, есть орган боковой линии, плавает она при помощи хвоста. Такая личиночная стадия указывает на то, что предками земноводных были древние рыбы.

Земноводные, как и рыбы, относятся к анамниям – животным, у которых в процессе эмбрионального (зародышевого) развития не возникает зародышевой оболочки (амниона) и особого зародышевого органа (аллантоиса).

Билет № 8

1. Работа сердца и ее регуляция. Гигиена кровеносной системы

К органам кровообращения человека и млекопитающих относят сердце и сосуды. Сердце человека и млекопитающих четырехкамерное, состоит из двух предсердий и двух желудочков. Между правым предсердием и правым желудочком находится трехстворчатый клапан, а между левым предсердием и левым желудочком – двустворчатый (митральный) клапан. Из левого желудочка выходит аорта, а из правого – легочная артерия. На границе этих сосудов и желудочков имеются полулунные клапаны. Клапаны сердца обеспечивают однонаправленный ток крови в сердце – от предсердий к желудочкам и далее в артериальную систему.

1 - левое предсердие; 2 - лёгочные вены (показаны лишь две) ; 3 - левый предсердно-жедудочковый клапан (двустворчатый); 4 - левый желудочек; 5 - межжелудочковая перегородка; 6 - правый желудочек; 7 - нижняя полая вена; 8 - правый предсердно-желудочковый клапан (трехстворчатый); 9 - правое предсердие; 10 - синусно-предсердный узел; 11 - верхняя полая вена; 12 - предсердно-желудочковый узел

Стенка сердца состоит из трех слоев: эндокарда – это внутренний эпителиальный слой, миокарда – это средний мышечный слой и эпикарда – это наружный слой, состоящий из соединительной ткани и покрытый серозным эпителием. Основную массу составляет миокард – поперечно-полосатая мышца, которая по ряду признаков отличается от поперечно-полосатой скелетной мышцы. Сердце обладает автоматией – способностью возбуждаться и сокращаться в отсутствие внешних воздействий (скелетная мышца в отличие от миокарда сокращается только в ответ на нервные импульсы, которые приходят к ней по нервным волокнам). Снаружи сердце покрыто околосердечной сумкой – перикардом. Стенки перикарда выделяют жидкость, которая уменьшает трение сердца при сокращении.

Р – возбуждение предсердий; QRS – возбуждение желудочков;
Т – снижение активности работы желудочков

Работа сердца состоит в ритмическом нагнетании в артериальную систему крови, которая поступает в сердце из большого и малого кругов кровообращения по венам (по полым венам венозная кровь поступает в правое предсердие, а по легочным венам – артериальная кровь в левое предсердие). Камеры сердца в определенной последовательности сокращаются (сокращение сердца называют систолой) и расслабляются (расслабление сердца называют диастолой). Первая фаза – это систола предсердий, вторая фаза – систола желудочков (предсердия в это время расслаблены), третья фаза – общая диастола предсердий и желудочков. Все три фазы вместе составляют сердечный цикл. У взрослого человека он длится в среднем 0,8 с (частота сердечных сокращений 75 уд./мин), при этом первая фаза длится 0,1 с, вторая – 0,3 с, третья – 0,4 с. Такое попеременное сокращение и расслабление позволяет миокарду работать в течение всей жизни человека, не утомляясь.

Регуляция работы сердца осуществляется нервным и гуморальным путем. Нервная регуляция обеспечивается вегетативной (автономной) нервной системой, ее двумя отделами – симпатическим и парасимпатическим. Центр симпатической регуляции сердца лежит в грудном отделе спинного мозга. Здесь в боковых рогах спинного мозга находятся тела первых (преганглионарных) симпатических нейронов. Длинные отростки этих нейронов (преганглионарные аксоны) выходят за пределы спинного мозга и образуют синаптические переключения на телах вторых (постганглионарных) симпатических нейронов, которые находятся в симпатических ганглиях, образующих две симпатические цепочки вдоль спинного мозга.

От тел постганглионарных нейронов отходят постганглионарные симпатические аксоны, которые заканчиваются в миокарде. Из окончаний этих аксонов выделяется передатчик (медиатор) норадреналин. Под влиянием норадреналина увеличиваются частота и сила сердечных сокращений (положительные хронотропный и инотропный эффекты), возрастает возбудимость миокарда, увеличивается скорость проведения возбуждения. Все это приводит к увеличению производительности сердца. Такие изменения необходимы при физической нагрузке, при стрессе, т.к. в этих случаях требуется усиление кровотока.

Центр парасимпатической регуляции сердца лежит в продолговатом мозгу; там находятся тела парасимпатических преганглионарных нейронов. Аксоны этих нейронов идут, не прерываясь, до сердца, т.к. тела постганглионарных парасимпатических нейронов лежат в самом сердце. Из окончаний этих аксонов выделяется другой медиатор – ацетилхолин. Он вызывает прямо противоположные эффекты (отрицательные хроно- и инотропный эффекты, уменьшение возбудимости, скорости проведения возбуждения по миокарду). Парасимпатическая система регулирует работу сердца в состоянии покоя. Вегетативная регуляция сердца находится под влиянием вышележащих отделов центральной нервной системы.

В продолговатом мозгу лежит также сосудодвигательный центр – он регулирует просвет сосудов. Возбуждение этого центра приводит к сужению (констрикции) сосудов.

Важную роль в регуляции сердечно-сосудистой системы играют и гуморальные факторы, связанные с жидкой средой организма. Основной гормон, который регулирует работу сердца и сосудов, – это адреналин. Он синтезируется в клетках мозгового слоя надпочечников. Эффекты адреналина те же, что и эффекты симпатического медиатора норадреналина, однако развиваются они медленнее. Гормоны щитовидной железы тироксин и трийодтиронин также увеличивают частоту сердечных сокращений. Влияют на работу сердца и различные ионы, которые поступают в него с током крови. Так, например, ионы кальция усиливают, а ионы калия подавляют работу сердца. Нервная и гуморальная регуляция сердечно-сосудистой системы тесно взаимосвязаны. Нервная регуляция обеспечивает срочные влияния на сердце, гуморальная регуляция оказывает более медленные и длительные воздействия.

Гигиена сердечно-сосудистой системы подразумевает развитие, тренировку и укрепление этой системы. Благотворное влияние оказывает на ее деятельность физическая работа на свежем воздухе. Однако чрезмерные физические нагрузки, особенно у нетренированного человека, могут вызвать серьезные нарушения работы сердца и сосудов. Наибольший вред приносят, конечно же, никотин и алкоголь. Они отравляют миокард, нарушают нормальную регуляцию сердца и сосудов. Это выражается в возникновении спазмов коронарных, т.е. питающих сам миокард, сосудов. В результате из-за недостаточного кровотока в миокарде может образоваться зона отмершей ткани, или некроза, – возникнет инфаркт миокарда. Следствием спазма сосудов может стать также развитие гипертензии – стойкого повышения артериального давления; это также влечет за собой нарушение работы сердца.

К наиболее распространенным заболеваниям сердца относятся ишемическая болезнь сердца (в том числе – острый инфаркт миокарда), воспалительные процессы в сердце (миокардит, перикардит), пороки сердца. Нарушения работы сердца часто выражаются в виде аритмий – нарушений ритма сердца. Для исследования работы сердца чаще всего применяют электрокардиографию. Этот метод позволяет оценить, как происходит возбуждение сердца, как это возбуждение распространяется по проводящей системе сердца.

2. Бактерии. Особенности их строения и жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека

Бактерии – это царство, относящееся к надцарству доядерных организмов, или прокариот – одноклеточных организмов, в клетках которых нет оформленного ядра. Функцию ядра у них выполняет ядерное вещество – молекула ДНК, свернутая в кольцо (нуклеоид). Нуклеоид расположен в цитоплазме клетки.

В бактериальной клетке отсутствуют митохондрии, пластиды и многие другие органоиды, которые есть в эукариотических клетках (имеющих оформленное ядро). Функции этих органоидов выполняют полости, отграниченные мембраной (мезосомы). В бактериальной клетке есть рибосомы. Клетка отделена от окружающей среды мембраной и плотной клеточной оболочкой. Иногда поверх оболочки есть еще коллоидная (полужидкая) капсула.

Схема строения прокариотической клетки (бактериальная клетка в продольном разрезе):
Гли – гранулы гликогена; Ж – жгутик; Кпс – капсула; КСт – клеточная стенка; Ли – липидные капельки; ПГМ – поли-р-гидроксимасляная кислота; п – пили; Пз – плазмида; ПМ – плазматическая мембрана; ПФ – гранулы полифосфата; Р – рибосомы и полисомы; Ц – цитоплазма Я – ядерное вещество (нуклеоид); S – включения серы

Бактериальные клетки могут быть разной формы: шаровидной (кокки), палочковидной (бациллы), спиралевидной (спириллы), изогнутой (вибрионы). Подвижные бактерии имеют один или несколько жгутиков. Встречаются среди бактерий и колониальные формы.

Размножаются бактерии делением клетки пополам с образованием поперечной перегородки. Сначала делится нуклеоид, затем цитоплазма. Но у бактерий бывает и «половой» процесс, например, конъюгация у кишечной палочки. При этом происходит обмен генетической информацией.

Существуют также бактерии-автотрофы, способные сами синтезировать органические вещества. К ним относятся бактерии, в цитоплазме которых есть фотосинтезирующий пигмент, например, бактериохлорофилл. В процессе фотосинтеза эти бактерии не образуют кислорода, т.к. источником протонов водорода у них служит не вода, а сероводород или молекулярный водород. Исключением здесь являются цианобактерии, которые относят также к синезеленым водорослям.

Есть также бактерии, которые синтезируют органические вещества, используя энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений. Это бактерии-хемотрофы (хемосинтетики). Процесс хемосинтеза был открыт в 1887 г. великим русским ученым С.Н. Виноградским.

По типу дыхания бактерии делят на аэробы (им для дыхания необходим кислород) и анаэробы (живут в бескислородной среде). Анаэробы – это бактерии брожения (молочнокислого, уксуснокислого, спиртового и др.). Брожение играет большую роль в круговороте веществ в природе и имеет важное практическое значение.

Бактерии часто образуют споры: содержимое бактериальной клетки принимает форму шара, вода удаляется, образуется новая оболочка. В таком виде бактерии переносят неблагоприятные условия существования. Споры служат также для распространения бактерий.

Бактерии обитают везде. В воздухе они поднимаются в верхние слои атмосферы (иногда до 30 км). В почве бактерии в основном живут в плодородном слое (гумусе). В 1 г плодородной почвы может содержаться до 3 млрд бактерий. Азотобактерии, нитрифицирующие бактерии, бактерии гниения играют важную роль в почвообразовании.

Бактерии живут и в воде, особенно в поверхностных слоях. Полезные водные бактерии участвуют в минерализации органических остатков в водоемах.

Возбудители могут передаваться и через пищевые продукты. Например, бацилла Clostridium botulinum размножается в бескислородной среде при нарушении технологии консервирования продуктов. Ее токсин (яд, который она выделяет в процессе обмена веществ) – это белок, который плохо расщепляется в пищеварительном тракте; 1 г этого токсина достаточно, чтобы убить примерно 60 млрд мышей!

К мерам борьбы с инфекционными заболеваниями относятся дезинфекция, ультрафиолетовое облучение, стерилизация (нагрев до 120 °С), пастеризация (нагрев продуктов несколько раз до 60–70 °С), уничтожение переносчиков, изоляция больных. Инфекционные бактериальные заболевания лечат антибиотиками.

Бактерии могут жить и в симбиозе с другими организмами. Это бактерии, которые поселяются в пищеварительном тракте животных и человека и помогают расщеплять и усваивать пищу. В кишечнике человека имеется микробная флора (микрофлора) – это бактерии (кишечная палочка, бифидобактерии, лактобактерии), которые подавляют развитие патогенных бактерий, синтезируют витамины (например, кишечная палочка синтезирует необходимый для свертывания крови витамин К), способствуют перевариванию пищи. При подавлении микрофлоры антибиотиками может развиться тяжелое состояние – дисбактериоз.

Главная роль бактерий в природе заключается в их участии в круговороте веществ. Только благодаря бактериям происходят превращения веществ, без которых невозможна жизнь на Земле. Благодаря бактериям и грибам растительные остатки разлагаются с образованием углекислого газа, который затем в процессе фотосинтеза включаются вновь в состав органических веществ. Благодаря бактериям включаются в круговорот веществ азот и сера. Без бактерий все имеющиеся на Земле атомы углерода и азота оказались бы в связанном состоянии в телах погибших организмов.

Человек в своей хозяйственной деятельности широко использует различные свойства бактерий. Так, способность бактерий вызывать брожение (бактерии молочнокислого, уксуснокислого брожения) используется для приготовления соответствующих продуктов, способность клубеньковых бактерий усваивать атмосферный азот – для удобрения почвы, обогащения ее азотными удобрениями, способность бактерий синтезировать в процессе обмена веществ витамины, аминокислоты и другие соединения – в бактериальном синтезе этих соединений в промышленном масштабе.

Бактерии – важный объект научных исследований для генетиков, биохимиков, биофизиков. Они широко используются в современной биотехнологии.

Отрицательное значений имеют, прежде всего, болезнетворные бактерии. Приносят вред также бактерии, вызывающие порчу продуктов (бактерии гниения и брожения).

1 – микрококки, 2 – диплококки, 3 – стрептококки, 4 – стафилококки,
5 – сарцины, 6 – палочковидные бактерии, 7 – спириллы, 8 – вибрионы

Бактерии существовали на протяжении всей геологической истории Земли. Первыми организмами на Земле были, по-видимому, гетеротрофные бактерии. В архейской эре цианобактерии (синезеленые водоросли) начали выделять в атмосферу Земли кислород. Это создало условия для существования на Земле организмов, дышащих кислородом (аэробных организмов).

Билет № 9

1. Пищеварение, роль пищеварительных желез. Значение всасывания питательных веществ

Пищеварение включает механическую переработку пищи, ее расщепление с помощью пищеварительных ферментов, всасывание питательных веществ и выведение из организма непереваренных остатков. Все эти процессы идут в пищеварительном тракте.

В пищеварительном тракте различают ротовую полость, глотку, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник, прямую кишку. В начальный отдел тонкого кишечника – двенадцатиперстную кишку – впадают протоки двух крупных пищеварительных желез: печени и поджелудочной железы. В ротовую полость открываются протоки трех пар крупных слюнных желез (околоушной, подъязычной и подчелюстной) и множество мелких желез. В стенках желудка и кишечника также имеется множество мелких пищеварительных желез. Пищеварительные железы выделяют секреты – пищеварительные соки. В них содержатся ферменты – биологические катализаторы белковой природы. Под влиянием пищеварительных ферментов и некоторых других соединений происходит расщепление пищи – сложные органические соединения расщепляются до простых.

В ротовой полости происходит механическая переработка пищи: пища пережевывается зубами. У человека 32 зуба. Та часть зуба, которая выступает над поверхностью челюсти, называется коронкой. Она состоит из дентина и покрыта эмалью. Эмаль – это плотное вещество, она защищает зуб от повреждения.

На языке находится множество вкусовых рецепторов: у корня языка расположены рецепторы, воспринимающие горький вкус, на кончике языка – рецепторы сладкого вкуса, по бокам языка – рецепторы кислого и соленого вкусов.

В ротовой полости выделяется слюна. На 98–99% она состоит из воды и пищеварительных ферментов – амилазы (расщепляет углеводы до мальтозы) и мальтазы (расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы). Ферменты слюны активны только в щелочной среде. В состав слюны входят также муцин (слизистое вещество) и лизоцим (бактерицидное вещество). В сутки выделяется от 600 до 1500 мл слюны.

В желудке продолжается расщепление пищи. В стенке желудка есть клетки, которые выделяют пищеварительный фермент в неактивной форме – пепсиноген. Эти клетки называют главными. Пепсиноген переходит в активную форму – пепсин – под влиянием соляной кислоты, которая выделяется обкладочными клетками. Третий вид клеток стенки желудка – добавочные – выделяют мукоидный секрет, который защищает стенки желудка от действия на них пепсина.

Пепсин – это фермент, который расщепляет белки до пептидов. Кроме того, в желудочном соке есть фермент (липаза), который расщепляет жир молока; особенно важно наличие этого фермента у грудных детей. Ферменты желудочного сока не влияют на углеводы. Но какое-то время расщепление углеводов продолжается под действием ферментов слюны, оставшейся внутри пищевого комка. Ферменты желудочного сока активны в кислой среде. Объем желудка у взрослого человека равен примерно 3 л.

Пища в желудке находится в течение 3–4 ч, затем она порциями переходит в тонкий кишечник. В двенадцатиперстной кишке на пищу действует поджелудочный сок. Это бесцветная жидкость со щелочной реакцией. Он содержит ферменты, которые действуют на разные виды пищи. Липазы действуют на эмульгированные жиры, расщепляя их до жирных кислот и глицерина, амилаза и мальтаза – на углеводы, расщепляя их до глюкозы, трипсин – на пептиды, расщепляя их до аминокислот.

Эмульгирование жиров (дробление их на мельчайшие капли, увеличивающее поверхность взаимодействия жиров с ферментами) достигается за счет желчи, которая синтезируется в печени. Желчь скапливается в желчном пузыре, а затем по желчному протоку поступает в двенадцатиперстную кишку. Желчь также активирует липазы и усиливает моторику кишечника.

В слизистой тонкого кишечника есть множество желез, которые выделяют кишечный сок. Ферменты этого сока действуют на разные виды пищи.

Вслед за перевариванием пищи начинается ее всасывание. Всасывание происходит в основном в тонком кишечнике, на слизистой оболочке которого имеются ворсинки. Внутри ворсинок проходят кровеносные и лимфатические сосуды. На 1 см 2 поверхности слизистой находится до 2,5 тыс. ворсинок, это увеличивает поверхность всасывания до 400–500 м 2 .

Аминокислоты, глюкоза, витамины, минеральные соли в виде водных растворов всасываются в кровь, а жирные кислоты и глицерин, образовавшиеся при расщеплении жиров, переходят в эпителиальные клетки ворсинок. Здесь из них образуются свойственные человеческому организму молекулы жира, которые поступают сначала в лимфу, а потом уже в кровь. В толстом кишечнике главным образом всасывается вода. Здесь в симбиозе с человеком живет огромное количество бактерий. В кишечнике человека имеется микробная флора (микрофлора) – это бактерии (кишечная палочка, бифидобактерии, лактобактерии), которые подавляют развитие патогенных бактерий, синтезируют витамины (например, кишечная палочка синтезирует необходимый для свертывания крови витамин К), способствуют перевариванию пищи. При их участии расщепляется целлюлоза, которая проходит весь пищеварительный тракт без изменений. При подавлении микрофлоры антибиотиками может развиться тяжелое состояние – дисбактериоз.

Значение всасывания заключается в том, что благодаря этому процессу в организм поступают все необходимые органические вещества, минеральные соли, вода и витамины.

2. Основные систематические категории растений и животных. Признаки вида

Все многообразие живых организмов изучает систематика. Животные и растения относятся к надцарству Ядерные организмы (Эукариоты). В этом надцарстве выделяют царство Растения, царство Животные и царство Грибы. В царстве Растения выделяют подцарства (например, подцарство Высшие растения). В подцарствах различают отделы (например, отдел Покрытосеменные растения в подцарстве Высшие растения). Отделы делят на классы (например, в отделе Покрытосеменные растения есть два класса: Двудольные и Однодольные). Классы делят на порядки (например, порядок Розоцветные в классе Двудольные), порядки – на семейства (например, семейство Крестоцветные в порядке Каперсовые). Семейства делят на роды, а роды – на виды.

Царство Животные делится на подцарство Простейшие и подцарство Многоклеточные. В пределах этих подцарств различают типы (например, тип Хордовые), которые могут делиться на подтипы (в типе Хордовые различают три подтипа: Оболочники, Головохордовые и Позвоночные). Типы и подтипы делятся на классы (например, в подтипе Позвоночные различают классы Круглоротые, Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие). Классы, в свою очередь, делятся на отряды (в ботанике им соответствуют порядки), отряды – на семейства, семейства – на роды, роды – на виды.

Существуют и дополнительные систематические единицы (надклассы, подклассы, надотряды, подотряды и т.д.). Вид – это совокупность популяций, все особи в которых имеют сходные морфологические, физиологические и биохимические характеристики. Все особи данного вида способны свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.

Чарлз Дарвин определял вид как совокупность сходных по строению особей, дающих плодовитое потомство. Позднее были добавлены следующие критерии вида: генетический (одинаковый набор хромосом у всех особей вида); физиологический (сходство физиологических процессов); биохимический (сходство биохимических процессов, т.е. сходство обмена веществ в организме); географический (ареал, который занимает данный вид); экологический (условия, в которых существует вид), морфологический (сходство строения).

Особи одного вида должны отвечать всем этим критериям, т.к. по какому-то одному или нескольким признакам нельзя определить, один и тот же это вид или нет. Так, например, существуют морфологически неотличимые виды-двойники (например, два вида полевки: полевка обыкновенная и полевка восточно-европейская); в природе есть виды, которые скрещиваются и дают плодовитое потомство (например, некоторые виды канареек), и т.д.

Элементарная структура вида – это популяция: совокупность свободно скрещивающихся особей вида, живущих длительно на определенной территории обособленно от другой популяции того же вида. Можно сказать, что популяция – это открытая генетическая система, а вид – закрытая генетическая система.

Билет № 10

1. Дыхание растений, животных и человека, его значение. Строение органов дыхания человека и их функции

Дыхание – это одна из важнейших жизненных функций большинства организмов, включающая в себя поступление в организм кислорода, использование кислорода для получения энергии и выведение из организма конечных продуктов дыхания, в основном углекислого газа.

Дыхание растений .

Дышат все органы и ткани растений. Семя поглощает кислород даже при хранении, но особенно интенсивно дышит развивающийся зародыш. Корень поглощает кислород из почвы, листья получают кислород через устьица, а молодые стебли – через чечевички.

Дыхание животных.

Простейшие, кишечнополостные, губки, многие черви дышат всей поверхностью тела. Некоторые многощетинковые черви, большинство моллюсков, ракообразные и рыбы поглощают кислород из воды через жабры. Тело наземных членистоногих (паукообразных и насекомых) пронизано сетью трахей – трубочек, доставляющих воздух от специальных дыхалец к тканям.

У земноводных появляются относительно небольшие легкие, и дыхание частично происходит через кожу. У рептилий дыхание происходит только через легкие. У птиц также легочное дыхание, причем в полете они используют специальные воздушные мешки. Поэтому в полете у них наблюдается так называемое двойное дыхание.

Все млекопитающие дышат при помощи легких. Строение органов дыхания млекопитающих можно рассмотреть на примере дыхательной системы человека.

Воздух вдыхается через нос. Носовая полость состоит из извилистых носовых ходов, имеющих большую площадь и выстланных ресничным эпителием для выноса инородных частичек, попавших в нос с воздухом. Из носовой полости через носоглотку воздух попадает в гортань. Основа гортани – щитовидный хрящ, прикрывающий ее спереди. Так как рядом с гортанью начинается и пищевод, ведущий в желудок, то при глотании гортань рефлекторно прикрывается специальным надгортанным хрящом, чтобы в нее не попадала пища. Гортань также выстлана ресничным эпителием. Между хрящами гортани расположены особые складки – голосовые связки, просвет между которыми может изменяться в широких пределах. При выдыхании воздуха связки могут колебаться с различной частотой, генерируя звук. Тембр голоса зависит не только от толщины, длины и формы голосовых связок, но и от формы и объема глотки, носоглотки, ротовой полости, расположения языка и т.д.

Из гортани воздух проходит в трахею – трубку, передняя стенка которой образована хрящевыми полукольцами, а задняя примыкает к пищеводу. Трахея разветвляется на два бронха, а те в свою очередь, многократно делясь, образуют многочисленные ветви – бронхиолы. Бронхиолы также многократно делятся, образуя грозди мельчайших легочных пузырьков – альвеол, заполненных воздухом, которые и образуют легкие. Общая поверхность всех альвеол достигает 100 м 2 , и все они оплетены капиллярами малого круга кровообращения. Стенки альвеол образованы одним слоем клеток. Каждое легкое покрыто соединительнотканной оболочкой – легочной плеврой, а стенки грудной клетки, в которой расположены легкие, покрыты изнутри пристенной плеврой.

Между двумя плеврами находится небольшое, герметически замкнутое пространство, в котором нет воздуха, – плевральная полость. Давление в плевральной полости – «отрицательное», то есть несколько ниже атмосферного.

У человека, находящегося в спокойном состоянии приблизительно один раз в четыре секунды в нейронах дыхательного центра продолговатого мозга возникают залпы импульсов, идущие по нервным волокнам к межреберным мышцам и диафрагме, которая ограничивает грудную полость снизу. В результате этого мышцы сокращаются и ребра приподнимаются, а диафрагма, уплощаясь, опускается. Все это приводит к тому, что объем грудной полости увеличивается. Легкие, находясь в герметически замкнутом пространстве, следуют за движениями грудной клетки и тоже расширяются, всасывая воздух, – происходит вдох. При вдохе кровь насыщается кислородом, который практически мгновенно доходит до клеток дыхательного центра – те перестают генерировать дыхательные импульсы, и вдох прекращается: ребра опускаются, диафрагма приподнимается, объем грудной полости уменьшается, происходит выдох.

Мужчины вдыхают воздух преимущественно за счет движений диафрагмы, а женщины – за счет движений ребер. Объем воздуха, поступающего в легкие человека при спокойном вдохе, составляет около 500 см 3 . После очень глубокого вдоха человек способен выдохнуть 3500–4000 см 3 . Этот объем получил название жизненной емкости легких. Однако и после самого глубокого выдоха в легких человека обязательно остается около 1000 см 3 воздуха для того, чтобы альвеолы не слипались.

Во вдыхаемом воздухе содержится примерно 21% О 2 , 79% N 2 , 0,03% СО 2 . В легких около 5% О 2 проходит через тончайшие стенки альвеол и капилляров малого круга и связывается с гемоглобином в эритроцитах. Около 4% СО 2 , наоборот, выходит из кровяного русла в альвеолы и выдыхается. Таким образом, в состав выдыхаемого воздуха входят примерно 16% О 2 , 79% N 2 , 4% СО 2 , водяные пары.

Активность дыхательного центра регулируется как различными химическими веществами, приносимыми в дыхательный центр кровью, так и нервными импульсами, приходящими из различных отделов центральной нервной системы. Специфическим возбудителем нейронов, вызывающим вдох, является углекислый газ; при снижении уровня СО 2 в крови дыхание становится более редким.

Если человек случайно вдохнет пары веществ, раздражающих рецепторы слизистой оболочки носа, глотки, гортани (аммиак, хлор и т.п.), происходит рефлекторный спазм голосовой щели, бронхов и задержка дыхания. При раздражении дыхательных путей мелкими инородными частицами – пылью, соринками, избытком слизи – возникает чихание или кашель. Таким образом, кашель и чихание в норме являются защитными рефлексами, представляющими собой резкие выдохи. При этом из дыхательных путей выносятся раздражающие частицы.

При физической или нервной нагрузке резко увеличивается частота дыхания, что обусловлено увеличением затрат кислорода в связи с увеличенными затратами энергии.

2. Грибы. Особенности их строения и жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека

Грибы – это царство организмов, имеющих ряд признаков и растений, и животных. К настоящему времени известно около 100 тыс. видов грибов.

Грибы нуждаются в готовых органических соединениях (как животные), т.е. по способу питания они являются гетеротрофами. У грибов встречаются следующие три типа гетеротрофного питания.

Грибы (как и растения) растут в течение всей жизни.

Тело гриба образовано тонкими белыми нитями, состоящими из одного ряда клеток. Эти нити называются гифами. Все вместе гифы образуют тело гриба, которое называют грибницей, или мицелием. У некоторых грибов нет перегородок между клетками, и тогда вся грибница представляет собой одну гигантскую клетку.

Клетки грибов имеют клеточную стенку, построенную из хитина. Запасным питательным веществом у них чаще всего является полисахарид гликоген (как у животных). Хлорофилла грибы не содержат.

Грибы – очень древняя группа живых существ, известная с силурийского периода палеозойской эры. Возможными предками грибов считаются древнейшие водоросли, утратившие хлорофилл.

1, 3 – разные стадии развития плодового тела, 2 – плодовое тело в разрезе
(а – вольва, б – шляпка, в – остатки общего покрывала, г – ножка, д – кольцо, е – пластинки)

Размножение у грибов может быть бесполым и половым. Бесполое размножение может быть либо вегетативным (например, частями грибницы или отпочковыванием клеток, как у дрожжей) либо при помощи специализированных клеток – спор (у шляпочных грибов, мукора, спорыньи).

Половое размножение происходит при слиянии половых клеток – гамет. В результате образуется зигота, из которой развивается грибница.

Примеры грибов .

Шляпочные грибы – симбионты высших растений. Плодовые тела образованы плотным переплетением гифов. Нижняя часть шляпки может быть образована пластинками (сыроежка, лисичка) или трубочками (боровик, моховик), в которых созревают споры. Около 200 видов шляпочных грибов используется в пищу. Они содержат белки, витамины, минеральные соли. Некоторые шляпочные грибы ядовиты для человека: бледная поганка, мухомор, сатанинский гриб. Шляпочные грибы являются пищевой базой для многих животных.

Дрожжи, развиваясь на средах, содержащих сахара, превращают их в этиловый спирт и углекислый газ. Дрожжи используют в пищевой промышленности: хлебопечении, виноделии, пивоварении.

Пеницилл, или зеленую плесень, а также некоторые другие плесневые грибы используют для получения разнообразных антибиотиков – веществ, подавляющих размножение и рост бактерий.

Роль грибов в природе и жизни человека очень велика. Грибы являются основными разрушителями (редуцентами) остатков отмерших растений, играя важнейшую роль в круговороте веществ в экологических системах.

Продолжение следует