Конспект лекций по экологической физиологии

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
БАКАЛАВРСКАЯ ПРОГРАММА №
Кафедра: экологии человека
Факультет: экологический
Направление: 511100 – экология и природопользование
Дисциплина: экологическая физиология (4 семестр)
Статус дисциплины: ДНР (обязательный курс)
Кредит: 3
Лекции–32 час., лабораторные занятия–32 час.,самостоятельная работа–72
Преподаватель – Дмитриева Т.М., д.б.н., проф. (проф.каф.экологии человека)
Часы консультаций: по договоренности
Телефон: 952-70-28
E-mail: feromones@mail.ru
1
СОДЕРЖАНИЕ
ОПИСАНИЕ КУРСА……………………………………………………………3
Цель курса……………………………………………………………………………………….3
Содержание курса………………………………………………………………………………3
Организационно-методическое построение курса…………………………………………3
Темы лекций и лабораторных занятий……………………………………………………..3
Обязательная литература……………………………………………………………………..4
Дополнительная литература………………………………………………………………….5
УСЛОВИЯ И КРИТЕРИИ ВЫСТАВЛЕНИЯ ОЦЕНОК…………………..7
Балльная структура оценки…………………………………………………………………..7
Шкала оценок…………………………………………………………………………………..7
Тест-вопросы……………………………………………………………………………………8
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ………………………………………………………………….17
ОПИСАНИЕ КУРСА
2
Цель курса: сформировать у студентов представление о физиологических
основах функционирования организма как целостной
структуры,
интегрированной в экосистему.
Содержание курса: рассматриваются представления об основных разделах
физиологической науки, экологических принципах формирования различных
уровней физиологических адаптаций (молекулярном, клеточном, тканевом,
органном и организменном); о механизмах регуляции, управления и
интеграции физиологических систем организма, обеспечивающих гомеостаз
в
различных экологических условиях; в основу курса положен
экологический подход к изучению основных системных функций
и
интегративных адаптаций организма; наряду с традиционными подходами в
лекционном курсе использованы авторские разработки на основе
многолетних научных исследований в области экологической физиологии; у
студентов должно быть сформировано экологическое мировоззрение на
развитие взаимоотношения организма и среды его обитания, знания о
современных походах к пониманию основных процессов жизнедеятельности
организма, последствиях нарушения равновесия в техногенном обществе и
прогнозов физиологических путей реабилитации.
Организационно-методическое построение курса: курс состоит из лекций,
лабораторных занятий и самостоятельной работы; формат лабораторных
занятий включает выполнение студентом экспериментальной работы по
конкретной теме экологической физиологии; в рамках курса проводятся два
письменных тестирования (рубежная и итоговая аттестация), по выбранной
из предложенных преподавателем тем студент пишет реферативную
(курсовую) работу.
Темы лекций и лабораторных занятий :
Неделя 1: введение в предмет, уровни физиологических адаптаций,
физиология клетки (лекция); знакомство с методиками физиологических
исследований, изучение функциональных свойств органоидов клетки
(лаб.зан.)
Неделя 2: экологическая физиология нервных и мышечных структур
(лекция); оценка функционального состояния нервно-мышечной системы
студентов, экологические и социальные последствия гиподинамики (лаб.зан.)
Неделя 3: современные проблемы сенсорной экологии, понятие о
биосенсорах (лекция); освоение методов изучения сенсорных систем
(лаб.зан.)
Неделя 4: понятие о видеоэкологии, аудио- и одороэкология (лекция);
экологические методы сенсорной реабилитации человека (лаб.зан.)
Неделя 5: физиология ЦНС и ее роль в экологических адаптациях, новые
знания о корково-подкорковых связях (лекция); методы изучения рефлексов
(лаб.зан.)
3
Неделя 6: экологическая физиология эндокринной системы (лекция);
знакомство с экологическими причинами эндокринных заболеваний
(лаб.зан.)
Неделя 7: термодинамический подход в экологической физиологии, понятие
о метаболизме, анаболизме и катаболизме (лекция); методы изучения
основного обмена, экологические особенности формирования основного
обмена (лаб.зан.)
Неделя
8:
физиология
пищеварения,
экологические
адаптации
пищеварительных ферментов, проблемы применения БАД и генных
продуктов (лекция); принципы формирования сбалансированного пищевого
рациона (лаб.зан.)
Неделя 9 : Рубежная аттестация
Неделя 10: эволюция водно-солевого обмена и роль почек в экологических
адаптациях (лекция); освоение методик изучения работы почек (лаб.зан.)
Неделя 11: экологическая физиология внутренней среды организма, функции
крови (лекция); освоение методов изучения морфологии крови (лаб.зан
Неделя 12: функции крови (лекция); освоение методов изучения
экологических адаптаций крови (лаб.зан.)
Неделя 13: экологическая физиология сердечно-сосудистой системы,
физиология
сердца
(лекция);
физиологические
методы
оценки
функционирования сосудистого русла (лаб.зан.)
Неделя 14: физиология сосудистого русла, основы гемодинамики (лекция);
методы измерения артериального давления (лаб.зан.)
Неделя 15: экологическая физиология дыхательной системы (лекция);
методы оценки функционального состояния внешнего дыхания (лаб.зан.)
Неделя 16: Итоговая аттестация по курсу.
Обязательная литература.
1. Физиология человека. В 3-х томах / Под ред. Р. Шмидта и
Г. Тевса. — М.: Мир, 2000.
2. Ноздрачев А.Д., БаженовЮ.И. и др. Начала физиологии. Учебник
для вузов.СПб.:изд-во «Лань», 2001.1088с.
3. Батуев А.С. Высшая нервная деятельность. Учебник для вузов
СПб.;изд-во «Лань» 2002-416с.
4. Гибсон Дж. Экологический подход к зрительному восприятию. – М.
изд-во Прогресс,1988
5. Дмитриева Т.М. Основы сенсорной экологии. – М. учеб. Пособие
для ВУЗов. Изд-во РУДН, 1999. –168с.
6. Дмитриева Т.М. Основы сенсорной экологии.- М.Изд-во
«Полиграфсервис» 2004.-61с.
7. Скопичев В.Г. Физиология животных и этология. учеб.пособие для
ВУЗов-М. изд-вл «Колосс».2004,-720с.
8. Физиология животных: Приспособление и среда / Под ред.
К. Шмидта-Ниельсена. В 2-х томах. — М.: Мир, 1982.
4
9. Зорина З.А., Полетаева И.И., Резникова Ж.И. Основы этологии и
генетики поведения. М.:<Высшая школа>,2002.
Дополнительная литература.
1. Шеперд Г. Нейробиология в 2-х томах. — М.: Мир, 1987 .
2. Пианка Э. Эволюционная экология. — М.: Мир, 1981.
3. Харборн Дж. Введение в экологическую биохимию. — М.: Мир,
1985
4. Ароматы и запахи в культуре. Т.1, /сост. Вайнштейн. М.:Новое
литературное обозрение, 2003.-608с.
5. Дмитриева Т.М. – Физиология анализаторов. учеб пособие,
Иркутск:изд-во ИГУ,1989.70с.
6. Дмитриева Т.М. – Половые феромоны и репродуктивное поведение
рыб. Иркутск:изд-во ИГУ, 1999,63с.
7. Есаков А.И., Дмитриева Т.М. Нейрофизиологические основы
тактильной рецепции. - М. Медицина. 1971, 75с.
10.Филин В.А. Видеоэкология. – М. изд-во ТАСС, 2000 – 318с.
11.Панов Е.Н., Зыкова Л.Ю. Поведение животных и человека: сходства
и различия. Сборник статей. Пущино, 1989.
12. Леках В.А. Ключ к пониманию физиологии.-М.Едиториал УРРС,
2002. 360с.
Примерные темы для самостоятельной
творческой работы и рефератов
1.Общая физиология клетки, понятие индивидуума. Эволюция
представлений о строении и функциях биологических мембранах,
современные представления о физиологии возбудимых структур.
2. Физиология нервно-мышечной системы. Проблемы гиподинамии у
современного человека.
3.Физиология нервной системы. Понятие о рефлексе и
функциональной системе, создание биороботов.
4. Особенности физиологических адаптаций человека в условиях
ухудшения окружающей среды, понятие о стрессе. Современные
представления
о типах нервной деятельности и механизмах
устойчивости в условиях стресса. Проблемы стресса и принципы
экологической реабилитации здоровья человека.
5. Соотношение социального и биологического в экологической
физиологии человека и животных.
6. Проблемы физиологии эндокринной системы , связь эндокринных
заболеваний с экологическими условиями.
7.Взаимоотношение нервной и эндокринной систем. понятие о
гормонах и нейрогормонах, роль пептидов в регуляции
физиологических функций.
5
8.Физиология половых гормонов и феромонов, проблемы регуляции
репродукции, создание современных методов контрацепции.
9.Проблемы сенсорной экологии.
Экологические особенности
развития сенсорных систем. Роль информации в жизни индивидуума и
популяции.
10. Специфичность сенсорных систем как основа экологических
адаптаций организма. Создание биосенсоров.
11.Проблемы сенсорной адаптации человека в урбанизированной
среде.
12. Химическая коммуникация и экология поведения. Понятие о
феромонах как необходимом компоненте экологической среды.
Химическая коммуникация и проблемы регуляции биологического
разнообразия.
13.Характеристика химической среды обитания человека в условиях
урбанизации. Роль ароматов и запахов в культуре человека,
разработка методов ароматерапии для реабилитации здоровья
человека.
14.Видеоэкология или экология визуального окружения человека.
15.Экологическая характеристика
акустической среды обитания
организмов, понятие об акустической коммуникации. Экологически
благоприятная и агрессивная акустическая среда. Проблемы
акустического окружения и здоровье человека. Музыкотерапия.
16.Проблемы коррекции здоровья человека и улучшения качества
жизни. Новые подходы к проблемам физиологического здоровья
человека, недостатки современной медицины и разработка принципов
восстановительной медицины ХХ1 века.
17. Физиология сердечно- сосудистой системы. Способы получения и
доставки кислорода в организме в различных экологических условиях.
(Совместная адаптация систем крови, кровообращения и дыхания).
18.Современные проблемы физиологии крови (Новые подходы к
проблеме переливания крови, проблема кровезаменителей)
Экологические адаптации красной крови.
19.Болезни цивилизации, связанные с сердечно-сосудистой системой.
20. Проблемы иммунодефицита, СПИД.
21.Современное состояние проблемы пересадки органов. Понятие о
стволовых клетках и возможности их применения в медицине.
22.Перспективы применения метода клонирования животных в
сельском хозяйстве и медицине. Физиологические, генетические и
этические проблемы клонирования человека.
23.Экологические адаптации дыхательной системы. Физиологические
механизмы адаптации к гипоксии.
24.Снабжение организма энергией: экология питания, питание,
пищеварение, пластический обмен, общие вопросы энергетического
обмена.
6
25.Энергетическая оценка продуктов питания и составление пищевых
рационов. Современный подход к разработке физиологических норм
питания.
26.Роль минеральных солей, воды и витаминов в физиологии питания.
27.Географическое
распределение
алиментарной недостаточностью.
болезней,
связанных
с
28.Зависимость характера пищи от среды обитания. Экологические и
видовые адаптации пищеварительных ферментов.
29.Физические и « расовые» различия человека и их связь с питанием,
социальные аспекты питания.
30.Экологические
проблемы
генетически
модифицированных
продуктов питания. Оценка безопасности
модифицированных
продуктов питания для здоровья человека.
31.Пищевые добавки, оценка их физиологического действия и
возможных негативных последствий их употребления.
32.Экологическая
физиология
терморегуляции,
проблемы
температурной адаптации в разных экологических условиях.
33.Физиология
выделительной
системы
организма.
Вода,
осморегуляция, выделение. Принципы экологических адаптаций
выделительной системы организмов к средам с различными водносолевыми режимами. Проблемы качества питьевой воды и здоровья
человека.
Условия и критерии выставления оценок
Балльная структура оценки ( в соответствии с Приказом Ректора №996 от 27.12.2006 г.):
Максимальная сумма баллов – 100
Оценка РФ и ECTS
Посещение лекций – 14 баллов
Выполнение лабораторных работ /12/ – 24 баллов
Тестовые (контрольные) работы /2/ – 50 баллов
Итоговая аттестация (в сессию) – 12 баллов
Шкала оценок
Оценка РФ и ECTS
Неудовлетворит.
Удовлетворит.
F(2)
FX(2+)
E(3)
D(3+)
0-30
31-50
51-60
61-68
Хорошо
C(4)
69-85
Отлично
B(5)
A(5+)
86-94
95-100
Если студент не выполнил какое-либо из учебных занятий (например,
пропустил контрольную работу), то за данный вид учебной работы баллы
ему не начисляются, а подготовленные позже положенного срока работы не
оцениваются. Рубежная и итоговая аттестация проводятся в середине и
7
конце семестра по письменным проверочным тестам (ответам) студентов по
разделам учебного курса. Преподаватель дает консультации по аттестации в
специально отведенные для этого часы (по договоренности).
Тест-вопросы по экологической физиологии
1. К прокариотам относятся
2.К эукариотам относятся
3. В клетках прокариот находятся
4.В отличие от растительных животные
клетки имеют
5. Общим признаком животной и
растительной клеток является
6. Фагоцитоз- это
7. Пиноцитоз - это
8. Плазматическая мембрана состоит
9.Ядрышко участвует в
10. В митохондриях происходит
11. В митохондриях находятся
а.растения
б. животные
в. грибы
г.бактерии и цианобактерии
а. бактерии и гртбы,
б.цианобактерии и вирусы,
в.грибы ,растения и животные,
г.бактерии и цианобактерии.
а.митохондрии,
б.рибосомы,
в. ядрышки,
г .все ответы неверны
а. клеточную стенку,
б.центриоли,
в. хлоропласты,
г. митохондрии
а.запасание гликогена,
б.наличие жесткой клеточной стенки,
в. гетеротрофность,
г. все ответы неверны.
а.активный перенос в клетку жидкости с
растворенными в ней веществами,
б. захват клеткой твердых частиц,
в. избирательный транспорт в клетку
аминокислот,
г. пассивное поступление ионов в клетку.
а. захват мембраной клетки пузырька воды
с питательными веществами,
б. избирательный транспорт в клетку
аминокислот,
в. пассивное поступление воды в клетку
г. пассивное поступление ионов в клетку
а. хранит наследственную информацию,
б. обеспечивает транспорт аминокислот,
в. обеспечивает транспорт ионов,
г. участвует в расщеплении белков.
а. в энергетическом обмене,
б. синтезе рибосом,
в. организации деления клеток,
г. верны все ответы
а. формирование белка,
б. запасание энергии,
в. регуляция синтеза веществ,
г. верны все ответы
а. молекулы ДНК,
8
12. В митохондриях происходит
13.Рибосомы синтезируют
14.Функция аппарата Гольджи заключается
15. Эндоплазматическая сеть обеспечивает
16.РНК отличается от ДНК тем, что в ее
состав входит урацил вместо
17.Функция белков
18. К соединительной ткани относятся:
19. Гладкая мышечная ткань
состав:
входит в
20.Поперечно-полосатая мышечная ткань
входит в состав:
21.В состав внутренней среды организма
входит:
22.Гликоген – это:
23.Главное депо глюкозы в организме:
24.Адреналин:
б. молекулы РНК,
в. рибосомы,
г. верны все ответы
а. синтез АТФ,
б. окисление органических веществ,
в. расщепление АТФ,
г. верны все ответы
а. АТФ,
б.углеводы,
в. липиды,
г. белки
а. накопление белков,
б.синтез белков,
в. расщепление белков.
а.транспорт органических веществ,
б.синтез белков,
в.синтез углеводов и липидов,
г. верны все ответы
а. аденина,
б.гуанина,
в. тимина,
г. цитозина
а.двигательная,
б.энергетическая,
в. защитная,
г. верны все ответы.
а.мышечная,
б.кровь,
в.нервная,
г. костная,
а.скелетных мышц,
б.стенок внутренних органов,
в.мимических мышц,
г.сердечных мышц
а.скелетных мышц,
б. стенок кровеносных сосудов,
в.стенок мочевого пузыря,
г. сердца.
а.кровь,
б. лимфа,
в. тканевая жидкость
г. верны все ответы.
а.гормон передней доли гипофиза,
б. полимер глюкозы,
в. пигмент крови,
г. пищеварительный фермент.
а.мышцы,
б.печень,
в.подкожная клетчатка,
г. костный мозг.
а.усиливает работу сердца,
б.сужает кровеносные сосуды,
9
25.Белое вещество мозга:
26.Двигательный нейрон (эфферентный)
спинно-мозговой
рефлекторной
дуги
находится :
27.Чувствительный нейрон (афферентный)
спинно-мозговой
рефлекторной
дуги
находится :
28.Какой
длины
достигают
клетки
поперечно полосатых мышц:
29.Вставочные нейроны:
30.Симпатический и парасимпатический
отделы нервной системы принадлежат к:
31.Диаметр спинного мозга составляет:
32.В состав задних корешков спинного
мозга
входят
аксоны,
проводящие
импульсы от:
33. В состав передних корешков спинного
мозга
входят
аксоны,
проводящие
импульсы от:
34.Продолговатый мозг регулирует:
35.При нарушении деятельности мозжечка
происходит:
36.Зрительная зона коры головного мозга
расположена в:
37. Слуховая зона коры головного мозга
расположена в:
в.повышает темп-ру тела,
г. верны все ответы.
а. состоит в основном из аксонов,
б.содержит
много
жироподобного
вещества,
в.осуществляет проводниковую функцию,
г. верны все ответы
а.передних рогах спинного мозга,
б.задних рогах спинного мозга,
в. в ганглиях симпатической цепочки.
а.передних рогах спинного мозга,
б.задних рогах спинного мозга,
в. в ганглиях симпатической цепочки.
а. 0,1см,
б.1,0см,
в.5,0см,
г.12см.
а.управляют работой внутренних органов,
б.осуществляют связь между
двигательными и чувствительными
нейронами, в.находятся вне центральной
нервной системы, г. верны все ответы.
а.центральной нервной системе,
б.соматической нервной системе,
в.вегетативной нервной системе,
г. ни один из ответов неверен.
а.менее 0,5см,
б.около 1см.,
в.около 5см,
г. более 10см.
а.головного мозга,
б.двигательных нейронов,
в. чувствительных нейронов,
г.вставочных нейронов.
а.головного мозга,
б.двигательных нейронов,
в. чувствительных нейронов,
г.вставочных нейронов.
а. пищеварение,
б. дыхание,
в. сердечную деятельность,
г. верны все ответы.
а.нарушение пищеварения,
б.нарушение координации движения,
в.нарушение работы сердца,
г. верны все ответы.
а. лобной доле,
б. височной доли,
в. затылочной доле,
г. теменной доле .
а. лобной доле,
б. височной доли,
10
38. Двигательная зона коры головного
мозга расположена в:
39.Только
регулируется:
гуморальным
путем
40. Только нервным путем регулируется:
41.Большая часть нейронов спинного мозга
относится к типу:
42.Симпатическая
усиливает:
нервная
43.Парасимпатическая
увеличивает:
система
нервная
система
44.Промежуточный мозг регулирует:
45.Гипоталамус- это часть:
46.К
железам
относятся:
внутренней
секреции
47. К железам внешней секреции относятся:
48. К железам
относятся:
смешанной
секреции
49.Инсулин-гормон надпочечников:
50.Инсулин воздействует преимущественно
на обмен:
в. затылочной доле,
г. теменной доле .
а. лобной доле,
б. височной доли,
в. затылочной доле,
г. теменной доле .
а.половая система,
б.обмен вещнств,
в.выделительные системы,
г.все ответы неверны.
а.половая система,
б.обмен вещнств,
в.выделительные системы,
г.все ответы неверны.
а.двигательных,
б.чувствительных,
в.вставочных.
г.симпатических
а.кровоток в мышцах,
б.выделение желудочного сока,
в.пищеварительную систему,
г.образование мочи.
а.давление крови,
б. перестальтику кишечника,
в.сокращения сердца,
г. частоту дыхания.
а.обмен веществ, б.потребление пищи и
воды,
в.постоянство температуры тела,
г. верны все ответы.
.коры больших полушарий,
б.среднего мозга,
в.промежуточного мозга,
г.продолговатого мозга.
а.надпочечники,
б.слезные,
в.слюнные,
г.пищеварительные.
а.щитовидная,
б.надпочечники,
в.гипофиз,
г.слюнные.
а.слюнные,
б.поджелудочная,
в.гипофиз,
г.надпочечники.
а.надпочечников,
б.щитовидной железы,
в.поджелудочной железы,
г.гипофиза.
а.белков,
б.жиров,
11
в.углеводов,
г.солей.
51.Тироксин-это гормон:
а.надпочечников,
б.щитовидной железы.
в.поджелудочной железы,
г.гипофиза.
52.К
железам
смешанной
секреции а.потовые железы,
относятся:
б.гипофиз,
в.половые железы,
г.молочные железы.
53.Адреналин вырабатывается в:
а.половых железах,
б.гипофизе,
в.щитовидной железе,
г.надпочечниках.
54Сахарный диабет возникает при нехватке а.поджелудочной железы,
гормона:
б.надпочечников,
в.гипофиза,
г. щитовидной железы
55.Йод входит в состав гомона:
а.поджелудочной железы,
б.надпочечников,
в.гипофиза,
г. щитовидной железы
56.При недостатке гормона щитовидной а.миксидема,
железы развивается
б.базедова болезнь,
в.сахарный диабет,
г.ни один ответ неверен
57.Базедова болезнь возникает при
а.повышенной активности щитовидной
железы,
б. пониженной активности щитовидной
железы,
в. повышенной активности надпочечников,
г. пониженной активности надпочечников
58.В состав анализатора входят
59.В затылочной зоне коры расположены
центры:
60.Центры кожной чувствительности в коре
больших полушарий расположены в зоне:
61. Центры слуховой чувствительности в
коре больших полушарий расположены в
зоне:
62. Центры зрительной чувствительности в
коре больших полушарий расположены в
а.рецепторы,
б.нервные пути,
в.мозговые центры,
г.все ответы верны.
а.зрительные,
б.слуховык,
в.обонятельные,
г.вкусовые
а.лобной,
б.теменной,
в.височной,
г.затылочной
а.лобной,
б.теменной,
в.височной,
г.затылочной
а.лобной,
б.теменной,
12
зоне:
в.височной,
г.затылочной
63.Фоторецепторы расположены
а.в роговице,
б.сетчатке,
в.радужке,
г.белковой оболочке глаза.
64.Зрачок-это отверстие в:
а.сетчатке,
б.сосудистой оболочке,
в.роговице,
г.склере.
65.Глазное яблоко изнутри заполнено:
а.хрусталиком,
б.зрительными рецепторами,
в.стекловидным телом,
г.мышцами
66.В состав слепого пятна входит:
а.колбочки,
б.палочки,
в.колбочки и палочки,
г.все ответы неверны.
67.Приобретенная близорукость
а.увеличения критизны хрусталика,
развивается из-за:
б.уменьшения кривизны хрусталика,
в.сужения зрачка,
г.расширения зрачка
68. Приобретенная дальнозоркость
а. увеличения критизны хрусталика,
развивается из-за:
б.уменьшения кривизны хрусталика,
в.сужения зрачка,
г.расширения зрачка
69.Слуховой проход соединяет
а.наружное ухо со средним,
б.среднее ухо с внутренним,
в.наружное ухо со внутренним,
г.среднее ухо с носоглоткой.
70.Барабанная перепонка отделяет
а.наружное ухо от внутреннего,
б.наружное ухо от среднего,
в.среднее ухо от внутреннего,
г. среднее ухо от носоглотки.
71.Спираль улитки имеет
а.1 виток,
б.2,5 витка,
в.3 витка,
г.5,5 витков.
72.Звуковая
волна
непосредственно а.барабанную перепонку,
воздействует на
б.слуховые косточки,
в. овальное окно,
г. слуховые рецепторы.
73.Колебание жидкости в улитке вызывает
а.колебания барабанной перепонки,
б.колебания слуховых косточек,
в.колебания овального окна,
г.колебания слуховых рецепторов.
74.Волосковык
слуховые
клетки в.в сетчаике,
расположены
б.улитке,
в.на языке,
г. в носу.
75.Вестибулярные рецепторы называют
а.отолитв,
б.улитка,
13
76.Светочувствительная
называется
оболочка
глаза
77.Способность к цветочувствительности
обладают
78.В среднем ухе располагаются
79.Нервные импульсы от органов чувств
идут
80.Поперечно-полосатые мышцы
сокращаются
82.Гладкие мышцы сокращаются
83.Высшие
расположены
двигательные
84.Рефлекторная дуга состоит из
центры
в. полукружный канал,
г.базилярная мембрана
а.радужной оболочкой,
б.белочной оболочкой,
в.сосудистой оболочкой,
г.сетчаткой.
а.палочки,
б.колбочки,
в.палочки и колбочки,
г. другие рецепторы.
а.улитка,
б.органы равновесия,
в.слуховые косточки,
г. волосковидные клетки
а. к чувствительному нейрону,
б. к двигательному нейрону,
в. к вставочному нейрону.
а.непроизвольно,
б.произвольно,
в.без участия нервной системы
а.непроизвольно,
б.произвольно,
в.без участия нервной системы
а.в затылочной,
б.лобной,
в.теменной,
г.височной коре
а.чувствительного пути, участка ЦНС,
двигательного пути,
б. из рецептора,чувствительного пути,
участка ЦНС, двигательного пути, рабочего
органа,
в. из рецептора,чувствительного пути,
участка ЦНС, двигательного пути,
г.все ответы неверны.
85.В сокращении скелетной мышцы
участвуют
а.волокна соединительной ткани,
б.белковые нити,
в.сократительные вакуоли,
г. все ответы неверны.
86.Сокращение поперечно-полосатых
а.соматической нервной системой,
мышц регулируется
б.симпатической нервной системой,
в.мышечными и сухожильными
рецепторами
87.Какое
количество
различных а.5,
аминокислот входит в состав белков
б.10,
в.15,
г.20
88.Минимальный
расход
энергии
у а. 7000
взрослого человека составляет в кДж
б. 12000
в. 17000
г. 22000
14
89.Какой витамин близок по строению к а.А.
каротину
б. В1
в. С,
г. Д
90. При недостатке витамина А поражается а. продолговатый мозг,
б.зрение,
в.почки,
г.клапаны сердца.
91. Превращению белков в углеводы а.половых желез,
способствуют гормоны
б. поджелудочной железы,
в. щитовидной железы,
г. желтого тела
92.Ранним проявлением авитаминоза А а. рахит,
является
б. диабет,
в. куриная слепота,
г. микседема
93. Витамины группы В в больших
а. печени акулы,
количествах содержатся в
б.сливочном масле,
в. оболочках семян злаков,
г. иголках хвои.
94. Рахит возникает при недостатке в а. С
организме витамина
б. Д
в.В12
г. А
95.Суточная потребность человека в белках а.30г,
составляет около
б.80г,
в. 130г,
г. 180г.
96.Суточная потребность человека в а. 100г
углеводах составляет около
б. 500г.
в.900г
г.1300г.
97. В суточном рационе человека большую а. белки,
часть составляют
б.жиры,
в. углеводы,
г. минеральные соли.
98. Самое значительное количество тепла в а. работе печени,
организме образуется при
б.сокращении мышц,
в. испарении пота
99.
При
снижении
температуры а.увеличение сокращения мышц,
окружающего воздуха происходит
б.снижение выделения пота,
в. сужение кровеносных сосудов кожи,
г.все эти процессы.
100. Мочевина в нашем организме а.белков,
образуется при распаде
б. жиров,
в. углеводов,
г.всех перечисленных веществ.
101. Выделительную функцию в нашем а. кожа,
организме выполняют
б.почки,
в. легкие,
г.печень
15
102. Мочеточник соединяет
а. почку с внешней средой,
б.мочевой пузырь с внешней средой,
в.почку с мочевым пузырем,
г.левую и правую почки.
103.Первичная
моча
отличается
от а. большим объемом,
вторичной
б.большей концентрацией глюкозы,
в. меньшей концентрацией мочевины,
г. верны все три ответа
104. Естественным раздражителем
а. растяжение стенок мочевого пузыря,
мочеиспускательного рефлекса является
б. повышение концентрации мочевины,
в.произвольное мочеиспускание.
105. Функции почек
а.выделение вредных и избыточных
веществ из организма,
б.поддержание химического гомеостаза,
в. синтез ферментов и гормонов,
г. все ответы верны.
106. Суточный диурез у человека а. 0,5л,
составляет
б. 1,5л,
в. 2,5л,
г. 3,5л.
16
Конспект лекций по экологической физиологии
(лектор – д.б.н., проф. Дмитриева, 2-ой курс бакалавров экол.ф-та РУДН).
Введение в курс экологической физиологии.
Введение в курс экологической физиологии. Предмет физиологии Связь экологии и
физиологии в процессе эволюции. Методы эколого-физиологических исследований.
Экологические факторы внешней среды (абиотические, биотические и биогенные) и их
действие на живой организм. Физические факторы, понятие о лимитирующих факторах
внешней среды, пределах толерантности, экологические особенности кривых
толерантности, физиологические ограничения экологических адаптаций. Функциональные
и поведенческие механизмы взаимодействия организмов с окружающей средой. Виды
жизнедеятельности. Уровни изучения физиологических процессов. Физиология – наука о
функциях и процессах, протекающих
в организме и механизмах регуляции,
обеспечивающих жизнедеятельность и адаптацию к условиям окружающей среды.).–
наука, изучающая механизмы устойчивости и поддержания адаптивных способностей
организма в различных экологических условиях.
. Адаптация – способность организмов изменять свою физиологию, поведение и характер
деятельности в зависимости от условий окружающей среды лежит в основе
приспособительной изменчивости в разных экологических условиях. Деление на
эврибиотиков и стенбиотиков. Адаптации популяций направлены на увеличение
численности и совершенствование генофонда. Механизмы адаптации: Генотипическая
или эволюционная адаптация связана с процессами наследственной изменчивости,
возникновением мутаций и закреплением их путем естественного отбора.
Такая
адаптация распространяется на многие поколения. Следствием генетической адаптации
является
появление новых фенотипических признаков. Индивидуальная или
фенотипическая адаптация связана с ответными реакциями на изменения среды в
процессе индивидуальной жизни организма.. Фенотипические адаптационные реакции
генетически детерминированы. В основе адаптации лежат такие физиологические,
биохимические и структурные преобразования в организме, которые обеспечивают
гомеостаз в новых условиях существования.
Особенности адаптаций у человека.
Социальная и биологическая природа человека. Экологическая физиология. человека
изучает адаптации человека в условиях эволюционно закрепленных адаптаций (горы,
море, тропики и т.д.) и факторов второй природы, в зависимости от социальных и
природных факторов.
Клеточная физиология
Основной единицей, выполняющей главные функции, является клетка.,. Клетка –
это целостная система. Обязательными частями клетки являются: мембрана, цитоплазма и
генетический аппарат ( у ядерных организмов – ядро).
Строение клеточных мембран. Клеточная мембрана состоит из двух основных
компонентов: липидов и белков. Липидные молекулы состоят из гидрофильной части –
головы, содержащей заряженные группы, окруженной молекулами воды; и гидрофобной
части – хвоста, который состоит из незаряженных групп и избегает водного окружения. В
мембране липидные молекулы образуют строго ориентированные двойные слои, в
которых головы обращены наружу к воде, а хвосты внутрь бислоя.
Мембранные белки расположены в бислое липидов дискретно и делятся на
поверхностные, внутренние и интегративные.
17
В зависимости от типа мембраны и их видовой принадлежности соотношение между
белками и липидами колеблется от 1:4 в миелине нерва позвоночных, до 3:1 у некоторых
бактерий. Толщина мембран колеблется от 50 до 100ангстрем. ( 1 А=10-8 см).
Краткая история изучения мембран. Первая модель для мембраны эритроцита в 1925 г.
Гертером и Гренделем, в 1935г. Даниелли и Дэвсон предложили модель трехслойного
сэндвича, где бислой липидов зажат между слоями липидов, в 1956г. Робертсон
предложил универсальную модель, где наружный и внутренний слой белков различен. В
70 годы Сингер и Никольсон
предложили жидкостную мозаичную модель –
фосфолипидный слой с погруженными в него глобулами белка.
Основные функции клеточных мембран: 1. разделительные (между цитоплазмой и
межклеточной жидкостью), 2. создание внутренней архитектуры клеток, 3. поддержание
градиента концентраций и электрохимического градиента, 4. перенос питательных
веществ и продуктов жизнедеятельности, 5. передача нервных импульсов, 6. носители
молекулярных рецепторов, 7. носители антигенов.
Обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Процессы переноса через
мембрану: пассивные (диффузия) и активные ( с затратой энергии метаболизма).
Диффузия – движение вещества по градиенту концентрации.
Облегченная диффузия - например вещества, растворимые в липидах ( 02 , С02 ),
некоторые гормоны, вещества, растворимые в воде - неполярные молекулы с группами
ОН, СООН. Продолжается до момента уравнивания концентраций по обе стороны
мембраны.
Обменная диффузия – перенос вещества в одном направлении сопровождается
одновременным переносом другого вещества в противоположном направлении.
При диффузии заряженных ионов кроме химической концентрации большое значение
имеют концентрации электрических зарядов и их знак. Для заряженных мелких
неорганических ионова : К+, Nа+, Са2 +, СI- , липидный слой непроницаем. Они проникают
в клетку через специальные ионные каналы – встроенные белковые молекулы ,
образующие отверстия ( поры ) в мембране . Большинство каналов имеет избирательную
проницаемость, которая зависит от внутреннего диаметра поры и от заряда. Каналы могут
быть в закрытом и открытом состояниях благодаря специальным белковым молекулам,
которые могут вдвигаться и перекрывать канал.
Избирательную проницаемость регулирует внутренний состав клетки. Концентрация
органических и неорганических ионов различается внутри и снаружи клетки
Физиология возбудимых тканей.
К возбудимым тканям относятся нервная и мышечная ткани и секреторный эпителий,
обладающие свойствами возбудимости. Возбудимость – это способность возбудимых
структур отвечать на раздражение возбуждением. Раздражение – процесс воздействия
раздражителей Процесс противоположный возбуждению называется. торможением и
проявляется в снижении функциональной активности. Раздражители – факторы внешней и
внутренней среды, способные вызвать ответную реакцию. Проводимость – способность
возбуждения распространяться по клеточной мембране для передачи возбуждения другим
клеткам.
Возникновение и распространение возбуждения сопровождается
электрическими явлениями в тканях.
Механизм возникновения возбуждения.
Возбуждение — сложный биологический процесс.. Между внутренней и наружной
поверхностью мембран существует разность потенциалов - мембранный потенциал или
потенциал покоя, т.к. он обнаруживается на невозбуждённой клетке. Наружная
поверхность мембраны клетки заряжена положительно относительно её внутренней
поверхности.
18
При раздражении клетки происходит увеличение проницаемости мембраны для натрия,
ионные ворота открываются, происходит лавинообразный переход натрия внутрь клетки.
Вначале разность потенциалов падает до 0, а затем внутренняя поверхность становится
электроположительной. В мембране клеток существует натриевый насос, который
обеспечивает переход натрия из цитоплазмы в наружный раствор Ионов калия в 20-50 раз
больше внутри цитоплазмы. Калий переносится через мембрану с помощью специального
насоса, сходного с натриевым. Быстрая деполяризация мембраны называется потенциалом
действия (ПД ) или нервным импульсом. ПД развивается по закону «все или ничего».
Если величина раздражения ниже пороговой то ПД не развивается, если выше ответ
клетки не увеличится. Величина ПД для каждой нервной клетки постоянна.На пике ПД
натриевые каналы закрываются или инактивируются. В этот период, называемым
рефрактерным (РП), мембрана становится невозбудимой, Величина РП для нервных
клеток 3мс, для мышечных в 100 раз длиннее - 0,3с. Модель
нервного
импульса
разработана Ходжкиным и Хаксли. Три процесса лежат в её основе: повышение
натриевой проводимости, натриевая инактивация, повышение калиевой
проводимости. Потенциал покоя зависит от калиевой проводимости, потенциал действия
— от натриевой. В создании потенциалов действия важную роль играют кальциевые
каналы.
Подпороговые раздражители – это раздражитель минимальной силы, который не
способен вызвать реакцию,.Пороговый раздражитель- это раздражитель, способный
вызвать ответную реакцию, т.е. деполяризовать мембрану до критического уровня..В
период развития потенциала действия возбудимая ткань не реагирует на новые
раздражения (рефрактерный период).
Общая физиология нервной системы.
Структурной единицей системы связи нашего организма является нейрон, который
содержит ядро и состоит из тела клетки и отростков: одного неветвящегося, называемого
аксоном и нескольких ветвящихся - дендритов. Аксоны образуют нервные волокна Двух
типов- покрытые и непокрытые жировой или миелиновой оболочкой.Нервы без
миелиновой оболочки называют немиелинизированными. Волна деполяризации в таких
волокнах распространяется вдоль мембраны непрерывно.
В
миелинизированных
волокнах наблюдают сальтаторное проведение возбуждения по перехватам Ранвье.
Перехваты Ранвье –маленькие промежутки между участками, покрытыми миелином. Эти
участки имеют максимальное количество натриевых каналов (12000 на 1кв.мм).
Миелиновая оболочка является хорошим изолятором, проводит без декремента. По
безмиелиновым волокнам скорость проведения маленькая и величина возбуждения
быстро снижается. У нервных волокон очень маленький рефрактерный период 0-0.002
сек. Нервное волокно подчиняется закону”все или ничего». Амплитуда потенциала
действия одного волокна всегда постоянна и зависит от диаметра волокна :А,В иС
волокна.
Особенности проведения возбуждения в нерве:
1. Физиологическое или анатомическое нарушение нервного волокна и его мембраны
приводит к прекращению проведения возбуждения.
2. Нервное волокно способно проводить возбуждение в обоих направлениях.
3. Возбуждение, проходящее по одному нервному волокну не способно переходить на
другое.
4. Нерв обладает относительной неутомляемостью (8-12 час непрерывного раздражения).
Связь между нервными клетками осуществляется с помощью синапсов. Передача
информации к соседней нервной клетке происходит через специализированные контактысинапсы. Различают химические и электрические синапсы. Химичесий синапс состоит
из пресинаптического и постсинаптического окончаний, синаптической щели и
19
медиатора. В элетрическом синапсе передача возбуждения через синаптическую щель
происходит через ток.
Медиатор накапливается в синаптических пузырьках в пресинаптической мембране.
когда поступает нервный импульс, медиатор из пузырьков выбрасывается в
синаптическую щель, количество его (число квантов) зависит от силы возбуждения.
Выделившийся медиатор деполяризует постсинаптическую мембрану,
Свойства синапсов:
1. одностороннее проведение возбуждения, от пре- к постсинаптической мембране;
2. передача с помощью медиатора;
3. скорость проведения в синапсе медленнее, чем в нервном волокне;
4. синапс проводит возбуждение с меньшей частотой, чем волокно.
5. синапсы быстро утомляются и чувствительны к недостатку кислорода.
6. синаптическая задержка.
Синаптические медиаторы в ЦНС:: ГАМК – гамма аминомасляная кислота –
тормозной медиатор ЦНС. Глицин- тормозное действие на мотонейроны. Глутамат –
возбуждающий медиатор в ЦНС. Адреналин, норадреналин, серотонин, дофамин –
медиаторы как цнс , так и периферической нервной системы. Их называют
катехоламинами. Медиатор в нервно-мышечных синапсах – ацетилхолин. Пептидные
медиаторы – модуляторы. Энкефалины-связываются с рецепторами морфина, эффектподавление боли.
Рефлекс и рефлекторная дуга.
Рефлекс – автоматическая целенаправленная стереотипная реакция организма на
раздражение рецепторов, осуществляемая через ЦНС. Виды рефлексов. Безусловные
врожденные рефлексы. Условные рефлексы приобретаются в течение жизни.. Путь, по
которому идет передача возбуждения при осуществлении рефлекса, называется
рефлекторной дугой. Рефлекторные дуги состоят из афферентных волокон, центральных
нейронов, например мотонейронов, с их аксонами, составляющими эфферентными
волокнами, идущими к мышцам. . Самая простая моносинаптическаяе рефлекторная
дуга состоит из двух нейронов – центростремительного и центробежного. Для проведения
возбуждения и осуществления рефлекса необходима сохранность рефлекторной дуги.
Каждый из рефлексов возникает при раздражении определенных участков тела.. Время
рефлекса – время от начала раздражения рецепторов до начала ответа.
Нервную систему высших организмов разделяют на центральную и периферическую.
Функция периферических нервов состоит в быстрой передаче сигналов (афферентных
сообщений от органов чувств до центрального мозга, и эфферентных сигналов,
направляющихся обратно на периферию к исполнительным (эффекторным) органам)
мышцам и железам. Центральная нервная система представляет собой сложный
аппарат, который служит для сортировки и сравнения входных сигналов, для их
координации и выработки надлежащих ответных реакций.
Кроме ЦНС существуют ещё скопления нервных клеток (автономные ганглии), они
обеспечивают автоматическую регуляцию работы наших внутренних органов и
кровообращения.
Вегетативная нервная система (ВНС) состоит из симпатической
и парасимпатической нервной системы. Парасимпатическая -начинается в среднем и
продолговатом мозге, симпатическая- в грудинно-поясничной и крестцовой части
спинного мозгаСимпатические ганглии расположены в цепочке около позвоночного
столба. Парасимпатические ганглии расположены в органах, которые они иннервируют.
Адаптационно-трофическая роль симпатической нервной системы. Примеры влияния
вегетативной нервной системы на эффекторные органы.
Соматическая нервная
система
иннервирует
поперечно-полосатую
мускулатуру
и
обеспечивает
чувствительность тела.
Функции спинного мозга: проведение возбуждения, рефлекторная деятельность и центры
регуляции. Спинной мозг регулирует тонус мышц, поддерживает механизм ходьбы,
20
поддержание позы. Спинальные центры находятся под контролем вышележащих отделов
ЦНС. Рефлекторные дуги отдельных рефлексов проходят в определенных участках
спинного мозга. Закон Белла и Мажанди. Задние и передние корешки несут разные по
своей функции сигналы. Передние корешки двигательные, а задние – чувствительные. В
спинном мозге в центре в форме бабочки расположено серое вещество, состоящее из тел
нейронов. Передние крылья серого вещества называют передними рогами, а задние задними рогами спинного мозга. Вокруг серого вещества расположен слой белого
вещества, состоящий из отростков нервных клеток. Нервные волокна можно разделить на
восходящие, нисходящие и внутрисегментарные.
Двигательная система мозга:
поддержание позы, позно-тонические рефлексы, перераспределение тонуса мышц
Основные свойства ЦНС : 1) в ЦНС возбуждение проводится только в одном
направлении от центростремительного нерва к центробежному; 2)скорость проведения
возбуждения в ЦНС зависит от времени проведения по разным отделам дуги рефлекса; 3)
трансформация ритма возбуждения 4) суммация возбуждения в ЦНС; 5) утомляемость; 6)
изменение возбудимости под влиянием внешних условий;7)центральное торможение;8)
координирующая и регулирующая роль.
Задний мозг (продолговатый мозг и варолиев мост). Здесь находятся жизненно важные
центры: центры дыхания, сердечной деятельности, сосудодвигательный центр, обмена
веществ, рефлексы, связанные с пищеварением. Укол в определенные точки
продолговатого мозга вызывает сахарное мочеизнурение, нарушение водного и солевого
обмена. Здесь находятся центры защитных рефлексов, рефлексов положения тел. В
среднем мозге расположены центры, связанные с восприятием сенсорных сигналов.
Промежуточный мозг (зрительные бугры, бледные тела, подбугровая область). Все
сенсорные сигналы поступают сюда. Поражение зрительных бугров приводит к потере
чувствительности, нарушении слуха, зрения, параличу и т.д. Поражение бледные тела
вызывает нарушение двигательных актов. Здесь находятся центры терморегуляции,
обмена веществ. Лимбическая система мозга. Миндалина, гипоталамические и
таламические ядра, входящие в лимбическую систему. Регуляция гомеостаза:
терморегуляция, осморегуляция, пищевое поведение. Роль миндалины в поведенческих
реакциях. Лимбическая система и эмоции, эмоциональная память.
Мозжечок:
изменение мышечного тонуса, быстрая утомляемость, дрожание
конечностей и головы, нарушения координации движений. Кора головного мозга. Кора –
многослойная складчатая нервная ткань общей площадью 2200 кв.см., толщиной от 1,3 до
4,5 мм., 109 –1010 нейронов и множество глиальных клеток. Выделяют 6 основных слоев.
В ходе филогенеза впервые такая кора появилась у млекопитающих и называется новой
(неокортекс). В настоящее время кору подразделяют на двигательную, сенсорную и
ассоциативную.
Экологическая физиология мышечной системы.
Двигательные системы и их значение в эволюции организмов. Четыре способа движения
клеток: амебоидное, жгутиковое, ресничное и мышечное. Три типа мышечных волокон:
скелетные — поперечно-полосатые и гладкие и сердечные. строения и функции
поперечно-полосатых, гладких и сердечных мышц. Масса мышц человека составляет 4055% массы тела. Химический состав мышц колеблется в зависимости от вида и возраста
животного, типа и функционального состояния мышц и ряда других факторов
СКЕЛЕТНАЯ МУСКУЛАТУРА
Морфологическая единица — многоядерная мышечная клетка или волокно,
толщина — 10-100 микрон, длина — 12 см. Мышечное волокно покрыто сарколеммой,
внутри клетки — саркоплазма. Внутри волокна — миофибриллы, толщина которых —
1-1.7 мкм. Продольные полосы волокон состоят из слоёв саркоплазмы между
миофибриллами. Поперечная исчерченность обусловлена тем, что каждая миофибрилла
21
состоит из одинаковых столбиков — саркомеров (2-2.5 мкм). Каждый столбик саркомер
состоит из трёх дисков, два крайних — светлый изотропных и средний — тёмный
анизотропный, т.е. различаются свойствами лучепреломления. Саркомеры разделены
особой полоской — изолятором и опорой саркомеров.
Мышечные клетки обладают высокой возбудимостью. Стимулы различной
физической природы могут вызвать возбуждение и сокращение мышц. Степень
сокращения мышцы зависит от силы тока и возрастает прямо пропорционально силе тока.
Мышца состоит из большого числа волокон, обладающих разной возбудимостью. Кривая
мышечного сокращения одиночного мышечного волокна состоит из фазы сокращения
(0.04 сек) и фазы расслабления (0.05 сек). Латентный период 0.0025 сек. Период
рефрактерности делится на абсолютный, относительный и период экзальтации. Это
объясняет, почему мышца неодинаково реагирует на ритмические раздражения с разной
частотой. При ритмическом раздражении мышцы электрическим током мышца отвечает
длительным сокращением — тетанусом: зубчатым или гладким. Когда каждый
последующий стимул попадает в фазу расслабления этот стимул вызывает новый подъём
сокращения — это зубчатый тетанус. Возбудимость восстанавливается много раньше
процесса расслабления, поэтому если интервал между стимулами очень маленький, то
следующий стимул попадает в фазу сокращения (но после окончания рефрактерного
периода) при этом развивается гладкий тетанус. Если последующий стимул попадает в
фазу рефрактерности — амплитуда гладкого тетануса падает, если в фазу экзальтации —
повышается.
Амплитуда тетанического сокращения больше амплитуды одиночного сокращения
в 1.5-2 раза. В основе любых движений человека лежит тетаническое сокращение.
Механизм нервной регуляции поперечно-полосатых мышц: двигательные нервы,
чувствительные нервы от мышечных рецепторов, и адаптационно-трофические волокна
симпатической нервной системы. Механизмы мышечного сокращения, теория
«скользящих нитей». Гуморальная регуляция мышечной активности. Изотоническое и ,
изометрическое сокращение мышц. Одиночное и тетаническое мышечное сокращение.
Функциональные особенности гладких мышц. Сократительная функция
гладких мышц позвоночных животных определяется особенностями их иннервации и
гистологического строения и спецификой их химического состава. Нарушения
сократительной функции мышц и их способности к поддержанию тонуса наблюдаются
при гипертонии, инфаркте миокарда, миодистрофии, атонии матки, кишечника, мочевого
пузыря, при различных формах параличей (например, после перенесенного
полиомиелита). При этом может иметь место нарушение обмена веществ или изменение
белкового сократительного субстрата.
Гиподинамия и экологические предпосылки ее развития в современном
техногенном обществе.
Экологическая физиология сенсорных систем
(сенсорная экология)
Сенсорная экология является важной областью современной экологии и лежит в основе
формирования поведенческих адаптаций и экологических подходов к управлению
поведением животных, к сохранению устойчивого благополучия информационной среды
обитания живых организмов, в том числе и человека, в условиях развития цивилизации..
Экологический подход к этой проблеме предполагает поиск «ключевых» сигналов или
биологически значимых сенсорных раздражителей, сформированных в процессе
эволюции для запуска врожденных форм поведения. Сенсорная экология тесно связана с
экологией поведения — сложным комплексом поведения в естественных условиях,
обеспечивающим мощнейшую универсальную адаптационную систему.
Предмет и задачи сенсорной экологии. Одно из необходимых условий существования
живых организмов — получение информации об окружающей среде. Согласно
22
современным представлениям сенсорные системы — это специализированные структуры
нервной системы, включающие периферические рецепторы (сенсорные органы, или
органы чувств), отходящие от них нервные волокна (проводящие пути) и проекционные
зоны центральной нервной системы, вплоть до коры головного мозга. В сенсорных
системах важная функциональная роль принадлежит вспомогательным структурам,
обеспечивающим более эффективную передачу внешнего стимула к рецепторам
(усиление, фокусирование, фильтрация). Например, в зрении — оптическая система глаза,
в слухе — наружное и среднее ухо и т.д.
Основные функции сенсорных систем : 1) рецепция внешнего сигнала (первичные
процессы преобразования энергии внешнего раздражителя в возбуждение рецепторной
клетки — рецепторный потенциал); 2) преобразование рецепторного потенциала в
импульсную активность нервных путей; 3) классификация и опознание сигнала; 4) запуск
ответной реакции организма (двигательной или вегетативной).
Сенсорные рецепторы являются входными воротами информации, сообщают организму
максимально подробную информацию об окружающей среде. В то же время в процессе
эволюции были созданы физиологические механизмы выделения и подчеркивания особых
«ключевых» биологически значимых сигналов, которые связаны с выживанием организма
и обусловлены экологическими факторами среды обитания. Эти «ключевые» сигналы
инициируют важнейшие поведенческие адаптации (пищевые, оборонительные, половые).
Поведение животного в естественных условиях — это единый комплекс реакций,
неразрывно связанных со строением и функцией нервной системы и сенсорных
рецепторов, определяющих особенности поступления в организм информации. Именно
поведение является «могучим средством приспособления к окружающей среде»
(А.Н. Северцов, 1922).
Ведущая роль в экологических адаптациях принадлежит сенсорным системам,
поставляющим все многообразие информации об окружающей среде. С этой точки зрения
существуют эволюционно закрепленные экологические особенности развития сенсорных
систем организмов. Механизмы участия этих систем в решении ряда экологических задач:
биологической изоляции вида, обеспечении полового, родительского и других форм
поведения, регуляции агрессии и социального общения. . Особое внимание уделяется
сенсорной оценке экологического благополучия искусственно формируемой среды
обитания человека и проблемам сенсорной коммуникации и экологических методов
управления поведением организмов. Эти проблемы подробно изложены в учебных
пособиях ( Дмитриева Т.М.,1999, 2003).
Экологическая физиология эндокринной системы.
Эволюционные особенности развития желёз внутренней секреции (ЖВС). Современные
представления о гормонах и механизмах их действия. Системы эндокринной регуляции.
Экологические адаптации системы гормональной регуляции организмов. Эндокринная
система и гормоны. Биологическая роль эндокринной системы тесно связана с ролью
нервной системы: они совместно координируют функции других органов и систем
органов. Эндокринная система осуществляет свою регуляцию посредством ряда веществ
— гормонов. Химическая классификация гормонов. Понятие об эндокринных железах.
органах-мишенях.
Методы изучения функций ЖВС : 1. Наблюдения в клинике, 2.
Опыты
на
животных с удалением той или иной железы и последующей пересадкой этой железы , 3.
Метод приготовления вытяжек из желёз 4. Исследование химической природы гормонов
и их синтез
Функциональное значение и механизм действия гормонов. Гормоны выполняют
три важнейшие функции: 1. обеспечивают физическое, умственное и половое развитие; 2.
делают возможной и обеспечивают адаптацию физиологических систем; 3. обеспечивают
23
гомеостаз некоторых физиологических показателей (уровень глюкозы в крови,
осмотическое давление и др.). Гормоны оказывают действие в очень низких
концентрациях. Гормоны как регуляторы делятся на две группы: 1. адреналин,
норадреналин, альдостерон, АДГ могут менять скорость секреции при изменении
ситуации;2. концентрация гормонов поддерживается на постоянном уровне, например
тироксин. Различают три группы гормонов: 1. гормоны, которые оказывают влияние
непосредственно на орган-мишень — эффектроные гормоны; 2. гормоны, которые
регулируют синтез и выделение эффекторных гормонов — гормоны тропные или
гландотропные; 3. гормоны, выделяемые нервными клетками в гипоталамусе —
нейрогормоны, эти гормоны регулируют синтез и выделение гормонов (преимущественно
тропных) аденогипофиза. Такие гормоны называют рилизинг-гормонами (люборины), или
если они обладают тормозным действием — ингибирующими (статины) гормонами.
Посредством этих гормонов нервная система связана с эндокринной. Механизм действия
гормонов основан на стимуляции или угнетении функции некоторых ферментов в клетках
органов-мишеней, изменение проницаемости мембран. Специфичность действия
гормонов объясняют существованием гормон-специфических рецепторов клеточных
мембран.
Гипоталамо-гипофизная система : 1. нейрогипофиз (задняя доля гипофиза); 2.
аденогипофиз (передняя доля) и гипофизотропная зона гипоталамуса; 3.
нейрорегуляторные пептиды энкефалины, вещество Р, нейротензин.
Гипоталамус
регулирует секрецию гормонов аденогипофизом — это рилизинг гормоны и
ингибирующие гормоны. Другие регуляторные гормоны гипоталамуса имеют
морфиноподобное действие: энкефалины и эндорфины действуют на те же рецепторы
мембран нейронов, что и экзогенные производные морфина. Их называют эндогенными
опиатами. Гормоны аденогипофиза (передней доли) играют роль в поведении и
вегетативных процессах. Различают 4 группы гормонов: 1. стимулирующие обмен
веществ; 2. возбуждающие нервную систему; 3. размножения; 4. координирующие
деятельность других желёз. Гипофиз — небольшая железа (0.5-0.7 г) находится у
основания мозга, состоит из трёх долей: передней, промежуточной и нижней. Функции
передней доли гипофиза (аденогипофиза): выделяет гормон роста или соматотропный
гормон. Гиперфункция передней доли приводит к развитию гигантизма, во взрослом
периоде развивается акроамегалия — разрастание конечностей. Гипофункция передней
доли приводит к карликовому росту. Кахексия гипофизарная — иногда развивается у
женщин после родов — тяжёлое истощение. Гипофункция передней доли влияет на
половые железы. Гипофиз влияет на обмен веществ, деятельность других желёз:
щитовидной, паращитовидной и др. Гормон, влияющий на деятельность надпочечников
называется адренокортикотропным, АКТГ. Функции задней доли гипофиза
(нейрогипофиза). Гипофункция задней доли гипофиза приводит к развитию несахарного
диабета. Характеризуется обильным мочеотделением (до 40 л в день). В моче больных
несахарным диабетом сахара не содержится. При гипофункции задней доли гипофиза
нарушается жировой обмен, происходит обильное отложение жира (до 50% веса). В
задней доле гипофиза содержится три гормона — окситоцин, вазопрессин,
антидиуретический гормон (АДГ). Окситоцин влияет на сокращение матки. Вазопрнссин
вызывает сокращение сосудов, повышает кровяное давление. Антидиуретический гормон
вызывает уменьшение мочеотделения, вызывая усиление обратного всасывания в извитых
канальцах.
Половые железы. Стероиды: женские: 1. эстрогены, 2. гестагены (эстрадиол,
эстрон, прогестерон); мужские: 3. андрогены (тестостерон). Половые железы принадлежат
к смешанным железам: внешняя секреция — выделение наружу половых продуктов —
сперматозоидов и яйцеклеток. Внутренняя секреция связана с образованием половых
гормонов, выделяемых в кровь. От развития половых желёз и поступления в организм
половых гормонов зависит наступление в определённом возрасте полового созревания, то
24
есть развития первичных и появления вторичных половых признаков. К первичным
половым признакам относятся половые железы (семенники и яичники) и половые органы
и секреция половых клеток. К вторичным признакам — внешние половые признаки,
изменение поведения и психики. Кастрация — удаление половых желёз, последствия
зависят от того, в каком возрасте она произведена. Если в детском возрасте, то половые
органы не развиваются, а половое влечение не проявляется. Вторичные половые признаки
также претерпевают существенные изменения. При кастрации в старшем возрасте
вторичные половые признаки подвергаются обратному развитию. Изменение
пола.
Опыты с переменой пола у курицы и петуха: после удаления семенников и подсадки
яичников у петуха уменьшался гребень, терялось яркое петушиное оперение, резко
изменялось поведение.
Внешняя секреция половых желёз. Мужские половые гормоны: тестостерон
обусловливает проявление полового влечения и способности к совершению полового
акта. Андростерон влияет на развитие вторичных половых признаков. Женские половые
гормоны: место образования — яичники. Эстрадиол и прогестин. Эстрадиол образуется
в фолликулах яичников, оказывает влияние на развитие вторичных половых признаков и
половых органов, на периодичность менструаций и развитие молочных желёз. По
химическому строению очень близок к мужскому гормону андростерону. Прогестин —
гормон беремености, образуется в жёлтом теле и под его влиянием стенки матки
разрыхляются и подготавливаются к поступлению оплодотворённого яйца, которое легко
закрепляется в разрыхлённой стенке. Разрушение жёлтого тела вызывает прерывание
беременности. Наличие прогестина в крови препятствует выходу новой яйцеклетки.
Прогестин препятствует сокращению стенок матки, усиливает развитие молочных желёз..
Состав семенной жидкости (спермы). При каждом излиянии семени выбрасывается 200
млн. сперматозоидов. Отделом мозга, непосредственно контролирующим деятельность
эндокринных желёз и отдельных эндокринных клеток является гипоталамус. Он получает
информацию из внешней и внутренней среды, т.е. интегрирует всю информацию и
передаёт регуляторные распоряжения в виде особых химических соединений — либеринов
и статинов — к аденогипофизу. Клетки аденогипофиза синтезируют тропные гормоны,
которые регулируют функцию щитовидной железы, коры надпочечников и половых
желёз.
Экологическая физиология внутренней среды организма.
Внутренняя среда организма — совокупность биологических жидкостей (кровь,
лимфа, тканевая жидкость), омывающая клетки и структуры тканей и принимающих
участие в процессах обмена веществ Понятие об интегративных (кровь, лимфа и тканевая
жидкость) и специализированных (спинно-мозговая, внутриглазная и т.д.) внутренних
жидкостях организма. Понятие о гистогематических барьерах.
В отличие от изменчивой внешней среды внутренняя среда обеспечивает постоянство
протекания жизненных процессов в клетках (гомеостаз).В организме между жидкостями
внутренней среды: кровью, тканевой жидкостью и лимфой существует непрерывный
обмен, являющийся обязательным условием гомеостаза. Отклонения состава внутренней
среды воспринимаются многочисленными рецепторными и клеточными структурами с
последующим включением физиологических, биохимических и биофизических
механизмов, направленных на устранение отклонения. Границы регулирования гомеостаза
могут быть жёсткими для одних параметров и пластичными для других. Например,
поддержание рН, концентрации ионов в крови происходит в узком диапазоне — это
жёсткие константы. Пластичные константы (уровень глюкозы, липидов и т.д.)
подвержены более широким колебаниям. Гомеостатические константы меняются в
зависимости от возраста, социальных и профессиональных условий, времени года, и
суток, географических и природных условий, могут иметь половые и индивидуальные
особенности.
25
Экологические особенности физиологии крови. Кровь относят к соединительной
ткани, она выполняет: 1)транспортную (перенос газов, питательных веществ,
метаболитов, транспорт гормонов, витаминов, ферментов), 2) поддержание
температурного гомеостаза, 3) защитную функции, 4) участвует в пластическом и
энергетическом обмене, 5) осуществляет выделительную и дыхательную функции,
6)поддерживает гомеостаз, 7)благодаря буферным системам обеспечивает постоянство рН
внутренней среды, 8) осмотическое давление, 9) гуморальную регуляцию функций
организма (перенос гормонов и биологически активных веществ — витаминов), 10)
защитную иммунную функцию. Состав крови, объем крови, понятие о гематокрите.
Физиологические константы крови и гомеостаз. Физиология крови, функции крови.
Плазма крови, ее химический состав. Экологические адаптации гемоглобинов. Понятие о
группах крови и особенности их географического распределения. Форменные элементы
крови. Эритроциты, химический состав, понятие о гемоглобине, функция, жизненный
цикл, экологические адаптации. Гематокрит, количественаая характеристика.
Эритроциты – красные кровяные клетки, они переносят О2 и СО2 , время жизни 90-120
дней.: 44% гематокрит, 5.1 млн у мужчин, 4.6 млн у женщин, диаметр 7.5мкм. У человека
это дискообразные клетки диаметром 7х2мкм, источник — красный мозг., время жизни
120 дней. Разрушаются в селезёнке и печени.. Функция — перенос кислорода
гомоглобином от лёгких к тканям и углекислого газа от тканей к альвеолам лёгких.
Эритроцит человека лишён ядра, 95% его массы представлены гемоглобином, цитоскелет
способен к деформации, проникая через самые мелкие капилляры. Гемоглобин
—
хромопротеин, окрашивает эритроцит в красный цвет после присоединения к
содержащемуся в нём железу молекулы О2. Молекула гемоглобина состоит из 4
субъединиц, каждая из которых представлена гемом (содержащим железо, производным
порфирина), связанным с белковой частью молекулы — глобином. Гемоглобин обладает
способностью обратимо присоединять кислород. 1 г гемоглобина связывает 1.34 мл О2.
Это соединение называют оксигемоглобином. Оксигемоглобин, отдавший О2 называется
дезоксигемоглобином. Артериальная кровь содержит 96% оксигемоглобина. Связь с СО2
называется карбогемоглобином, так переносится 25-30% СО2, остальное в виде угольной
кислоты и её солей в плазме. Большое сродство СО к гемоглобину, соединение называется
метгемоглобином. Опасность отравления: если в воздухе присутствует 0.1% СО, то он
свяжет 80% гемоглобина.
Гемостаз и константы крови. Механизмы свертывания крови, понятие о резус-факторе.
Группа крови определяется наличием на поверхности эритроцитов специфических
антигенов. В эритроцитах человека более сотни антигенов. Главные антигены типа А и В.
Антиген типа Д- резус антиген. Если он имеется - человека называют резус
положительным, если нет – резус- отрицательным. Экологические особенности
распределения групп крови на земном шаре.
Эритропоэз - процесс образования эритроцитов в костном мозге. Из костного мозга в
кровь поступают ретикулоциты, созревающие в течение суток.
Экологические адаптации форменных элементов крови. Белая кровь, виды
лейкоцитов, понятие о лейкоцитарной формуле. Лейкоциты формируют в организме
мощный кровяной и тканевой барьер против микробной, вирусной и паразитарной
инфекции, поддерживают тканевой гомеостаз и регенерацию тканей. У взрослого
человека в крови содержится 4.9109/л лейкоцитов. Большее увеличение их количества
называется лейкоцитозом, уменьшение — лейкопенией. Лейкоциты представлены
гранулоцитами, т.е. лейкоцитами, в плазме которых при окрашивании выявляется
зернистость, и агранулоцитами — цитоплазма которых не содержит зернистости. К
гранулоцитам относятся нейтрофильные, эозинофильные и базофильные лейкоциты, а к
агранулоцитам — лимфоциты и моноциты. В 1 мм3 — 6000-8000 лейкоцитов.
Инфекционные заболевания — изменение соотношения различных форм лейкоцитов,
острые бактериальные инфекции — увеличение нейтрофилов и снижение числа
26
эозинофилов и лимфоцитов, второй этап — появление моноцитоза, третий этап — стадия
очищения с участием лимфоцитов и эозинофилов.Патологическое снижение числа
лейкоцитов (лейкопения или в тяжёлой форме агранулоцитоз снижает защитные силы
организма с бактериальной инфекцией. Лейкопения развивается при сепсисе или
милиарном туберкулёзе. Функции тромбоцитов. Кровяные пластинки защищают от
внезапных потерь крови. Они аккумулируются в месте повреждения кровеносных сосудов
и закупоривают их вначале временной, а затем постоянной тромбоцитной пробкой.
Функциональная роль лимфы, состав форменных элементов лимфы. Лимфа образуетя в
тканях организма из тканевой жидкости, собирается в лимфатические сосуды, при
прохождении через лимфатические узлы в неё поступают форменные элементы —
лимфоциты. Основные функции лимфы: 1)поддержание постоянства состава и объёма
тканевой жидкости и микросреды клеток, 2) возврат белка из тканевой среды в кровь, 3)
участие в перераспределении жидкости в организме, 4) обеспечение гуморальной связи
между тканями и органами, лимфоидной системой и кровью, 5) всасывание и транспорт
продуктов гидролиза пищи, 6) обеспечение механизмов иммунитета путём транспорта
антигенов и антител, переноса из лимфоидных органов плазматических клеток, иммунных
лимфоцитов и макрофагов, 7) участие в регуляции обмена веществ посредством
транспорта биологически активных веществ и гормонов. Объём лимфы - около 2 л.
Лимфоплазма, форменные элементы: лимфоциты — количество варьирует от 1 до 22109 л
и моноцитами. Появление эритроцитов в лимфе — диагностический признак нарушения
проницаемости капилляров.
Специфические механизмы защиты клеточного гомеостаза. Иммунитет —
способность организма защитить свою целостность и биологическую индивидуальность;
способ защиты организма от живых тел и веществ, генетически чужеродных. К ним
относятся микроорганизмы и вирусы (инфекционный иммунитет), простейшие, грибы,
черви (паразитарный иммунитет), а также клетки, в том числе раковые, ткани
(пересаживаемые), белки и их соединения с липидами и полисахаридами
(неинфекционный иммунитет). Иммунитет бывает врождённый или естественный, когда
в организме от рождения существуют механизмы защиты от чужеродного начала.
Искусственный или приобретённый иммунитет означает, что организм в процессе
жизнедеятельности,
распознавая
чужеродность
вырабатывает
способность
противодействия и защиты (иммунной). Эта способность носит название
иммунологической реактивности, присуща каждому индивидууму, т.е обусловлена
генетически. При этом иммунной системой называют совокупность лимфоидных органов,
тканей и клеток, обеспечивающих механизмы иммунитета. Лимфоидные органы и ткани
представлены лимфоузлами, вилочковой железой, селезёнкой, аппендиксом, миндалинами
и т.д. и называется иммунокомпетентными (клетки лимфоциты и макрофаги). Иммунная
система распознаёт чужеродные агенты-антигены (порождающие против себя). Иммунная
система в ответ на антиген начинает выработку антител. Антигенами чаще всего являются
белки, но могут быть и другие вещества. Неспецифические защитные механизмы.
обусловлены наличием “естественных” антител. В настоящее время считают, что
естественные
антитела. обусловлены контактом организма с кишечной флорой.
Неспецифический клеточный иммунитет обусловлен фагоцитарной активностью
лейкоцитов, более всего моноцитов.
Экологическая физиология сердечно – сосудистой системы.
Развитие сердечно-сосудистой системы в эволюции. Эволюция сердца (двух-,
трех- и четырехкамерное сердце) , анатомия
и размеры сердца. Особенности
анатомического строения и функции сердечной мышцы, волокна Пуркинье. Строение
клапанов сердца, какова функция клапанов сердца(обеспечивают односторонность тока
крови). Роль коронарного кровообращения . Физиологические свойства сердечной
27
мышцы: возбудимость, проводимость, сократимость, закон «все или ничего», как
потенциал действия проводится по сердцу. Систола, диастола, понятие о рефрактерности (
период, в течение которого не может возникнуть нормальный сердечный импульс),
относительный и абсолютный рефрактерный период, экстрасистола и компенсаторная
пауза. Автоматия сердца. Проводящая система сердца и значение отдельных частей
проводящей системы для автоматии, опыт с лигатурами Станиуса, свойства синусного
водителя ритма. Центры автоматии сердца, их анатомические и функциональные
характеристики. Сердечный цикл, длительность одиночного сердечного цикла и его
отдельных фаз, понятие о систоле и диастоле. Механизм поддержания односторонности
тока крови, что такое минутный и систолический объем крови, частота сердцебиений.
Закон Старлинга. (способность сердца приспосабливаться к изменениям возврата крови .
механизм состоит в способности сердечной мышцы при растяжении увеличивать силу
сокращения, сердечный выброс зависит от венозного возврата. Причины сердечной
недостаточности: снижение сократительной способности сердца зависит от
метаболических
расстройств,
анатомических
пороков
и
ишемии.
Временные характеристики работы сердца. Сердечный выброс равен ударному объему
умноженному на частоту сердечных сокращений. Ударные объемы правого и левого
желудочка одинаковы. Регуляция системного кровообращения : метаболическая,
симпатическая, миогенная –свойства сосудистой стенки реагировать на давление крови.
Нервная регуляция деятельности сердца. Центробежные нервы сердца: блуждающий и
симпатический, особенности их влияния на сердечную деятельность . Понятие о
брадикардии
и
тахикардии.
Гуморальная
регуляция
деятельности
сердца,
чувствительность сердца к химическому составу крови. Влияние электролитов,
медиаторов и гормонов.
Функциональные возможности сердца в экологических
адаптациях. Рефлекторная регуляция сердца, рефлексогенные зоны: аортальная,
синокаротидная. Роль высших отделов мозга в регуляции деятельности сердца.
Экологическая физиология системы кровообращения. Развитие кровеносной системы в
эволюции. Строение и функция большого и малого круга кровообращения,
распределение крови между двумя кругами кровообращения. Распределение крови в
организме. Физиологическое значение кровяных депо. В артериальном русле 1000л
крови, в венах 1000л, в капиллярах 200мл. Депо в кожных сосудах, печени, селезенке.
Понятие о венах и артериях, их строение и механизмы, обеспечивающие движение крови
по разным типам сосудов. Сопротивление сосудов прямо пропорционально их длине и
вязкости крови и обратно пропорционально диаметру сосудов. Линейная и объемная
скорость крови. Закон неразрывности струи. Кровоток в артериях, распределение
давления крови в разных отделах артериального русла. Механизмы поддержания давления
крови в артериальном русле. Понятие о систолическом, диастолическом и пульсовом
давлении, каковы нормальные величины. Венозное давление. Артериальный пульс, его
происхождение, скорость распространения пульсовой волны. Факторы, обеспечивающие
возврат крови к сердцу. Капиллярное кровообращение и его особенности. Понятие о
микроциркуляции, гистогематический барьер. Нервные и гуморальные механизмы
регуляции кровотока. Сосудо-двигательный центр, тонус сосудов. Роль симпатической и
парасимпатической нервной системы в регуляции сосудов. Экологические особенности
физиологических адаптаций кровоснабжения органов и тканей в различных условиях. .
Методы измерения кровяного давления.
Экологическая физиология дыхания.
Эволюция органов дыхания в животном мире. Экологические адаптации органов дыхания,
понятие о кислородном режиме организмов. Легочное и тканевое дыхание, основные
этапы дыхательного процесса. Нервные и гуморальные механизмы регуляции дыхания.
28
Понятие о гипоксии. Процесс, при котором окисление органических веществ ведёт к
выделению химической энергии, называется дыханием. Если для него требуется О2,
его называют аэробным, если реакция идёт в отсутствии О2, его называют
анаэробным. Для всех тканей позвоночных и человека дыхание — аэробный процесс,
является основным источником энергии. При этом в митохондриях происходит
превращение энергии окисления в запасание энергии в виде макроэргов типа АТФ.
Процесс использования энергии связей органических молекул называется внутренним,
тканевым или клеточным дыханием.
Дыхание позвоночных и человека состоит из
последовательных процессов, обеспечивающих поступление во внутреннюю среду
организма О2, использование его для окисления органических веществ и удаление СО2.
Функция дыхания у человека включает:1) внешнее дыхание — лёгочное, которое
осуществляет газообмен между наружной и внутренней средой организма (между
воздухом и кровью); 2) кровообращение, которое обеспечивает транспорт газов к тканям и
от них; 3) внутреннее или тканевое дыхание. Эволюция органов дыхания.: 1) конвекция от
внешней среды к альвеолам: вентиляция; 2) диффузия из альвеол в кровь; 3) конвекция О2
от альвеол к капиллярам тканей; 4) диффузия из капилляров крови к окружающим тканям.
1 и 2я стадии называются внешним дыханием, третья — транспорт газов кровью, а
четвёртая — тканевым (внутренним) дыханием. Механизм вентиляции альвеол
(инспирация и экспирация). Различают рёберный и брюшной типы дыхания. Механизм
дыхательных движений. Что такое плевральная полость? Разница между
внутриплевральным и атмосферным давлением на 6-9 мм рт. ст. меньше атмосферного.
Частота лёгочного дыхания 12-18 дыхательных движений в минуту. Лёгочная вентиляция
определяется глубиной дыхания (дыхательным объёмом) и частотой дыхательных
движений. Общую ёмкость лёгких разделяют на несколько компонентов: 1) дыхательный
объём — количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном
дыхании; 2) резервный объём воздуха — количество воздуха, которое человек может
дополнительно вдохнуть после нормального вдоха; 3) резервный объём выдоха —
количество воздуха, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха;
4) остаточный объём — количество воздуха, остающегося в лёгких после максимального
выдоха; 5) жизненная ёмкость лёгких — наибольшее количество воздуха, которое можно
выдохнуть после максимального вдоха, т.е. равно сумме 1, 2, 3; 6) резерв вдоха —
максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного вдоха
(равен сумме 1 и 2); 7) функциональная остаточная ёмкость — количество воздуха,
остающееся в лёгких после спокойного выдоха ( равен сумме 3 и 4); 8) общая ёмкость
лёгких — количество воздуха, содержащиеся в лёгких на высоте максимального вдоха
(равно сумме 4 и 5). Наибольшее практическое значение имеют дыхательный объём,
жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) и функциональная остаточная ёмкость ((ФОЁ)).
ЖЕЛ — является показателем подвижности лёгких и грудной клетки, зависит от возраста,
пола, размеров и положения тела, степени тренированности. У молодых людей
ЖЕЛ=2.5рост(м), при росте 180 см ЖЕЛ=4.5 л. Физиологическое значение ФОЁ состоит в
выравнивании содержания колебания О2 и СО2 в альвеолярном воздухе, благодаря
предварительному смешиванию поступающего атмосферного воздуха с воздухом уже
содержащимся в лёгких. ФОЁ равна сумме остаточного объёма и резервного объёма
выдоха. У молодых ФОЁ - 2.4 л, у пожилых 3.4 л. У женщин на 25% меньше, чем у
мужчин.
Измерение лёгочных объёмов. Объём вдыхаемого и выдыхаемого воздуха
можно измерить при помощи спирометра или пневмотахометра. Остаточный объём и
ФОЁ можно определить только косвенными методами.
Анатомическое
и
функциональное мёртвое пространство. Искусственное дыхание. С момента остановки
дыхания и кровобращения человек находится в состоянии клинической смерти. Через 4-6
минут недостаток О2 и накопление СО2 приводят к необратимым повреждениям клеток
жизненно важных органов и биологической смерти. Максимальная вентиляция лёгких
29
(МВЛ) — объём воздуха, проходящий через лёгкие за определённый промежуток времени
при дыхании с максимальной частотой и глубиной. Норма 120-170 л/мин.
Типы вентиляции. Характер вентиляции может меняться: усиливаться при работе,
изменении метаболизма, при патологических состояниях. Газообмен в лёгких и перенос
газов кровью. Количество О2, поступающего в альвеолы из выдыхаемого воздуха в
единицу времени равно количеству О2, переходящего за это время из альвеол в кровь
лёгочных капилляров. Это обеспечивает постоянство концентрации и парциального
давления О2 в альвеолярном пространстве. Это относится и к СО2.. Альвеолокапиллярная мембрана имеет толщину от 0.3 до 2 мкм, через которые осуществляется
обмен респираторных газов. Внутри альвеолы выстланы поверхностно-активным
веществом сурфактантом толщиной 50 нм. Он снижает поверхностное натяжение,
способствует расправлению лёгких при первом вдохе, обеспечивает эластическое
сопротивление ткани лёгкого. Переход газов через альвеоло-капиллярную мембрану
происходит по законам диффузии. Для О2 градиент давления составляет около 60 мм рт.
ст. (парциальное давление в альвеолах 100 мм рт. ст., а в венозной крови 40 мм рт. ст.) А
для СО2 6 мм рт. ст. (парциальное давление в альвеолах 40 мм рт. ст., а в притекающих
сосудах 46 мм рт. ст.).
Транспорт О2 кровью. О2 в крови находится в растворённом
виде и в соединении с гемоглобином. В плазме растворено небольшое количество О 2, в
100 мл лишь 0.3 мл. Каждый грамм гемоглобина способен связать 1.39 мл О2. Величина,
отражающая количество О2, которое может связаться с гемоглобином при полном его
насыщении называется кислородной ёмкостью гемоглобина. Содержание О2 в крови
отражает количество О2 как связанного с гемоглобином, так и растворённого в крови. В
100 мл артериальной крови в норме 19-20 мл О2. В венозной — 13-15 мл.
Артериовенозная разница 5-6 мл. СО2 находится в организме в растворённом и связанном
состоянии, он почти в 20 раз более растворим, чем О2. Однако в растворённом виде
переносится только 10%. В основном СО2 переносится в химически связанном состоянии
в виде бикарбонатов и в соединении с белками (карбаминовые соединения). В
артериальной крови напряжение СО2 40 мм рт. ст., в межтканевой жидкости 60-80 мм рт.
ст. В крови образуется Н2СО3. В эритроцитах эта реакция под влиянием фермента
ускоряется в 20 000 раз. В крови тканевых капилляров одновременно с поступлением СО 2
внутрь эритроцита и образованием угольной кислоты происходит отдача О 2
оксигемоглобином. В переносе с кровью СО2 большое значение имеет химическая связь с
аминогруппами белков крови. Карбаминогемоглобин образуется из 25-30% СО2.
Регуляция внешнего дыхания.. Дыхательные центры. Ритмичное чередование
вдоха и выдоха обеспечивается работой различных групп нервных клеток. В
продолговатом мозге имеются инспираторные нейроны, которые возбуждаются
незадолго до начала вдоха. Экспираторные нейроны возбуждаются во время выдоха и
при дыхательной паузе. Дыхательный ритм, задаваемый ЦНС может изменяться под
действием
периферических
факторов.
От
рецепторов
растяжения
лёгких,
информирующих о степени растяжения лёгких. Эти сигналы идут по блуждающим
нервам. При их пересечении дыхание становится более медленным и глубоким. На
вентиляцию лёгких оказывает влияние рН крови, напряжение в ней О 2 и СО2.
Увеличение напряжения СО2 в артериальной крови (гиперкапния) приводит к
повышению минутного объёма дыхания, возрастает дыхательный объём и частота
дыхания.
При снижении рН артериальной крови по сравнению с нормой (рН=7.4)
вентиляция лёгких увеличивается и наоборот. Снижение напряжения О2 в артериальной
крови (гипоксия) сопровождается увеличением вентиляции лёгких. Артериальная
гипоксия может возникнуть на большой высоте, при лёгочной патологии. В естественных
условиях напряжение О2 и СО2 тесно связаны. В норме напряжение О2 в крови мало
влияет на лёгочную вентиляцию, но может существенно возрастать при патологии. Когда
чувствительность дыхательных центров к СО2 существенно подавляется, например, при
действии барбитуратов.
Периферические
хеморецепторы:
локализованы
в
30
каротидных синусах и дуге аорты: каротидные тельца, аортальные тельца возбуждаются
при снижении напряжения О2, повышении напряжения СО2, снижения рН. Влияние
неспецифических факторов: холодовые и тепловые воздействия. Боль, различные
гормоны, адреналин, прогестерон при беременности, патологические типы дыхания:
периодическое дыхание Чейн-Стокса может наблюдаться даже у здоровых людей в
условиях высокогорья. Характеризуется тем, что за несколькими глубокими вдохами
следует остановка дыхания (апноэ), затем вновь глубокие вдохи. В результате глубоких
дыхательных движений СО2 вымывается из крови, его стимулирующий эффект
устраняется и происходит остановка дыхания. Дыхание Биота — тип периодического
дыхания, связан с повреждением дыхательных центров при повышении внутримозгового
давления. При сахарном диабете, при метаболическом ацидозе наблюдается дыхание
Куссмауля — усиленная вентиляция лёгких.
Экологическая физиология пищеварения.
Царство животных принадлежит к биотрофам, т.е. они используют в питании
органические молекулы. Эти молекулы синтезируются организмами аутотрофами
(абиотрофами). Аутотрофы спосбны использовать CO2 из воздуха (растения).
Гетеротрофы нуждаются в органических веществах как источнике углерода.
Основные типы питания. У гетеротрофов два типа пищеварения: 1)
внеклеточное и 2) внутриклеточное. В конце 50 годов обнаружено мембранное
пищеварение, которое осуществляется при контакте пищи с внешней поверхностью
клеточной мембраны (опыты по скорости переваривания пищи в пробирке и в
присутствии мембран желудка). Внеклеточный тип пищеварения: имеется у
высокоорганизованных животных и человека. У низших форм может быть за пределами
организма: насекомые вводят фермент в обездвиженную жертву.
Внутриклеточное
пищеварение: когда пищевые субстраты проникают внутрь клетки, где гидролизуются
ферментами цитоплазмы. Это филогенетический более древний тип пищеварения (у
простейших). У высших животных этот тип пищеварения выполняет защитные функции
(фагоцитоз). Видовые адаптации пищеварительных ферментов. Мембранное
пищеварение:
пристеночное
контактное,
осуществляется
ферментами,
локализованными в клеточной мембране. Симбионтное пищеварение (у человека
второстепенно): Микроорганизмы ЖКТ могут продуцировать витамины и независимые
аминокислоты в этом положительная роль кишечной флоры. Адаптация пищеварительных
ферментов к композиции пищи. Всеядные животные: широкий набор пищеварительных
ферментов. У плотоядных преобладает пептид гидролазы, меньше глюкозидаз, а у
растительноядных — наоборот. В слюне африканцев, питающихся углеводами, больше
амилазы, чем у европейцев и африканцев с белковым рационом. У высокоорганизованных
животных и человека состав ферментов может меняться в зависимости от пищевого
рациона: белковая диета — пептид гидролазный фермент, жировая — липаза, углеводная
— гликозидазы. Индивидуальные адаптации пищеварительных ферментов. У рабочей
пчелы сезонные колебания глюкозидазной активности. В желудочном соке
млекопитающих на ранних стадиях химозин-фермент расщепляющий молоко. У
млекопитающих в конце эмбриогенеза изменяется содержание лактозы гидролизующей
сахара. Главная функция ЖКТ расщепление пищи до мельчайших частиц, перенос этих
частиц во внутреннюю среду, это осуществляется за счёт механических процессов
Расщепление белков, жиров и углеводов до веществ, способных всасываться, т.е.
переноситься через слизистую оболочку кишечника называется перевариванием.
Конечный этап — всасывание, перенос конечных продуктов переваривания, воды, солей и
витаминов через слизистую оболочку кишечного тракта в кровь и лимфу
Желудочнокишечный тракт (ЖКТ) содержит много мелких пищеварительных желёз и крупные
31
пищеварительные железы, расположенные вне пищеварительного тракта, имеют
специальные протоки, ведущие в полость пищеварительного канала: это три пары
слюнных желез, печень и поджелудочная железа. Количество и состав пищеварительных
соков регулируются парасимпатической системой, гормонами ЖКТ (до 6-8 литров секрета
в сутки), большая часть секрета всасывается обратно. Гормоны ЖКТ: гастрин, секретин,
холецистокинин, панкреазимин. Их секреция регулируется гуморально и импульсами
блуждающего нерва.
Желудок выполняет следующие функции: секреторную, моторную, всасывательную
экскреторную (выделение мочевины, мочевой кислоты, креатинина, солей тяжелых
металлов, йода, лекарственных веществ), инкреторную (образование гормонов гастрина и
гистамина), гомеостатическую (регуляция рН), участвуетие в гемопоэзе (выработка
внутреннего фактора Касла). У взрослого человека в течение суток образуется и
выделяется около 2-2,5 л желудочного сока. Желудочный сок имеет кислую реакцию (рН
1,5- 1,8). В его состав входят вода - 99% и сухой остаток - 1%. Функции соляной кислоты.
Роль пепсинов. Процесс желудочного сокоотделения можно разделить на несколько фаз:
сложно-рефлекторную (мозговую), желудочную и кишечную.
В 12-ти пёрстной кишке расщепляются жиры, углеводы и белки. Ферменты
поджелудочной железы действуют в щелочной среде и активируются желью. Функции
желчи. вырабатывается печенью, не содержит ферментов, способствует эмульгированию
жиров, после чего жиры становятся доступными для рсщепления ферментами. Из
пищеварительных желёз кишечника выделяются трипсин и химотрипсин, которые
расщепляют белки до аминокислот, жиры расщепляет липаза до жирных кислот и
глицерина, углеводы расщепляет амилаза до глюкозы. Поджелудочная железа (12 см)
находится позади желудка. Секреты сока поджелудочной железы:
протеазы:
трипсиноген, химотрипсин;. липазы — панкреатическая фосфолипаза расщепляет жиры,
панкреатическая амилаза — углеводы. Регуляция секреции поджелудочной железы
осуществляется гормоном секретин и холецистокинин.
Болезнь
панкреатит
—
преждевременная активация панкреатических ферментов и самопереваривание стенок
поджелудочной железы.
Печень и желчь. Печень играет основная роль в обмене веществ белков, жиров,
углеводов, гормонов, витаминов.
Секреция желчи постоянна, регулируется секретином,. Во время пищеварения
желчь поступает в 12пёрстную кишку.
Толстый кишечник и прямая кишка. К толстому кишечнику относятся: слепая и
ободочная кишка (восходящая, поперечная, нисходящая, сигмовидная) и прямая кишка.:.
Длина толстого кишечника 1.5 м. Их функция: концентрирование путём абсорбции воды,
электролитов и водорастворимых витаминов. Бактериальная флора — непатогенные
кокки. Гнилостное бактериальное разложение белков — индол, скатол, водород,
сернистый газ, амины, метан..
Всасывание белков. Аминокислоты и олигопептиды захватываются энтероцитами.
Путём активного транспорта с переносчиками аминокислоты поступают в кровь и
переносятся по портальной системе в печень.
Углеводы. Амилаза слюны и панкреатического сока расщепляют крахмал до
олигосахаридов и глюкозы (дисахариды: сахароза, мальтоза, лактоза), моносахариды
(глюкоза, галактоза).
Поли- и дисахариды практически не всасываются. Моносахариды всасываются
путём активного транспорта через мембраны энтероцитов.
Жиры. В химусе жиры содержатся в виде триглицеридов, холестерина и
фосфолипидов, в 12-ти пёрстной кишке под действием панкреатических липаз происходит
32
отщепление от триглицеридов жирных кислот в присутствии жирных кислот в условиях
эмульгирования жиров. Холестераза расщепляет холестериды, фосфолипаза —
фосфолипиды. Всасывание идёт в виде жирных кислот и глицерина. Усвояемость липидов
очень высока до 95% триглицеридов.
Обмен веществ и основы биоэнергетики.
Энергия необходима для поддержания целостности клеточной структуры, её
функциональных способностей и обеспечения специфических форм клеточной
активности. Основой существования живых организмов является метаболизм ( обмен
веществ и энергии) – совокупность химических превращений в живых организмах,
обеспечивающих их рост, жизнедеятельность, воспроизведение и обмен с окружающей
средой.. Совокупность реакций биосинтеза называется пластическим обменом, или
ассимиляцией. Процесс, противоположный биосинтезу называется диссимиляцией
или совокупностью реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных
соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биологического синтеза.
Биологический синтез (ассимиляция) отличается видовой и индивидуальной
специфичностью. Обменные процессы обеспечивают постоянство внутренней среды
организма ( гомеостаз ) в непрерывно меняющихся условиях внешней среды
существования. Поддержанию гомеостаза подчинены и процессы синтеза — пластический
обмен, и процессы распада, в результате которых высвобождается энергия,
аккумулируемая в макроэргах (связях АТФ). Синтезированные вещества используются в
процессе роста для построения клеток и их органоидов и для замены израсходованных
или разрушенных молекул. Все реакции синтеза идут с поглощением энергии. Все
процессы метаболизма в клетке и целом организме происходят под контролем
наследственного аппарата, т.е. являются результатом реализации наследственной
информации, имеющейся в клетке Процессом, противоположным синтезу, является
распад — диссимиляция — совокупность реакций расщепления. При расщеплении
высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для биосинтеза.
Поэтому диссимиляцию называют ещё энергетическим обменом клетки
Часть энергии,
освобождаемой из питательных веществ рассеивается в виде теплоты, а часть
аккумулируется в богатых энергией фосфатных связях АТФ. Именно АТФ обеспечивает
энергией все виды клеточных функций: биосинтез, механическую работу (деление клетки,
сокращение мышц), активный перенос веществ через мембрану, выделение различных
секретов и т.д.
Этапы энергетического обмена. Обычно выделяют три этапа: первый этап —
подготовительный. На этом этапе молекулы ди- и полисажаридов, жиров, белков
распадаются на мелкие молекулы: глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты,
нуклеиновые кислоты на нуклеотиды. На этом этапе выделяется небольшое количество
энергии, которая рассеивается в виде теплоты. Второй этап — бескислородный или
неполный. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом) или брожением.
Третий этап энергетического обмена — стадия аэробного дыхания, или кислородного
расщепления. Эти реакции также катализируются ферментами. Образовавшиеся во время
предыдущего этапа вещества окисляются до конечных продуктов: Н2О и CO2.
Кислородное дыхание сопровождается выделением большого количества энергии и
аккумулируется в АТФ. При окислении двух молекул молочной кислоты образуется 26
молекул АТФ. Основную роль в обеспечении клеток энергией играет аэробное дыхание
(окисление). Обмен жиров и углеводов служит главным образом для энергетического
обеспечения физиологических функций (функциональный метаболизм).
Энергетика метаболизма и движения. Общее количество энергии, необходимое
организму в единицу времени для поддержания своего существования, возрастает с
увеличением веса тела. Поскольку у мелких животных отношение поверхность тела к
33
объёму довольно велико, они обычно характеризуются значительно более высокой
интенсивностью обмена и соответственно более высокими потребностями в энергии на
единицу массы тела, чем крупные животные. Животные, поддерживающие внутреннюю
температуру тела на относительно постоянном уровне, называются гомойотермными.
Животные, у которых внутренняя температура тела варьирует в зависимости от
температуры окружающей среды — пойкилотермными. Эти два термина не следует
путать со способами получения энергии. Любой организм, производящий большую часть
собственного тепла в результате происходящего в его теле окислительного метаболизма
называют эндотермным. Все растения и подавляющее число животных относятся к
эктотермным организмам, а настоящие эндотермные организмы это только птицы и
млекопитающие, но даже среди них многие в определённый период являются
эктотермными.
Существуют
также
пойкилотермные
животные
(крупные
пресмыкающиеся и некоторые быстро плавающие рыбы), которые временами, по крайней
мере частично становятся эндотермными. Некоторые эктотермные животные (многие
ящерицы и летающие насекомые умеренной зоны), находясь в активном состоянии,
довольно эффективно регулируют температуру тела при помощи поведенческих реакций.
Таким образом, некоторые эктотермные организмы иногда могут быть гомойтермными.
Поскольку для поддержания постоянной температуры тела требуется энергия,
эндотермные животные характеризуются более высокой интенсивностью обмена и
большими потребностями в энергии, чем эктотермные животные того же веса.
Метаболическая стоимость движения зависит как от его способа, так и от размера тела.
Цена перемещения единицы веса тела на некоторое стандартное расстояние для крупных
животных в действительности меньше, чем для мелких. Подобные “физиологические
правила” могут накладывать определённые физиологические ограничения на возможные
экологические адаптации. Основной обмен — то минимальное количество энергии,
которое человек расходует в состоянии полного покоя: при полном физическом и
психическом покое, в положении лёжа, в утренние часы, натощак при температуре
комфорта (20С). Основной обмен зависит от пола, возраста, массы и роста. Обмен
веществ в деятельном состоянии называется рабочим обменом. Для нормального развития
организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров и
углеводов, минеральных солей и витаминов. для организма важна не только калорическая
ценность пищи, так как питание только определёнными инградиентами может привести к
нарушению обмена веществ, нарушению пластического обмена, сдвигу азотистого
равновесия.
Особенности обмена белков, углеводов, жиров, минеральных
веществ и воды.
ОБМЕН БЕЛКОВ.
Всего в состав клеток живого организма входит 20 аминокислот. Аминокислоты
делятся на незаменимые и заменимые. По содержанию аминокислот определяется
ценность белков пиши. Полноценные белки содержат все незаменимые аминокислоты, а
неполноценные белки не содержат некоторые незаменимые аминокислоты. Основным
источником полноценных белков являются животные белки. Растительные белки за
некоторым исключением являются неполноценными белками. В здоровом организме
взрослого человека количество распавшихся белков равно количеству синтезированного
белка. Баланс белка определяется разностью между количеством белка, поступившего с
пищей и количеством белка, подвергшегося разрушению за это время. Количество белка в
пище можно определить по количеству азота в моче. Разность азота в этих двух
составляющих определяет количество белка утилизированного в организме. У здорового
человека среднего возраста количество введённого азота равно количеству выведённого,
это называется азотистым равновесием. При голодании и при тяжёлых болезнях идёт
процесс распада собственных белков и количество выведенного азота при этом больше,
34
чем введённого — отрицательный азотистый баланс. В некоторых случаях (при
беременности,
у детей, при восстановлении после тяжёлой болезни) количество
выведенного азота меньше, чем поступившего с пищей — положительный азотистый
баланс. Считается, что норма потребления для взрослого человека составляет 80-110 г
Поступивший лишний белок идёт на энергетические затраты организма. При этом белок
может трансформироваться в углеводы и другие соединения.
Азот выделяется организмом не в свободном состоянии, а в виде соединений с
водородом (NH3). Это соединение ядовито для организма и аммиак в печени
обезвреживается, превращаясь в мочевину, которая выводится с мочой.
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ.
Углеводы являются в организме главным источником энергии. Углеводы
всасываются в кровь в основном в виде глюкозы. В клетках глюкоза расщепляется с
помощью ферментов до CO2 и H2O, при этом высвобождается энергия для реакций
синтеза или, например, мышечной работы.
Излишки глюкозы превращаются в печени и мышцах в гликоген и депонируются
там. Этот процесс регулируется гормоном поджелудочной железы — инсулином. При
нарушении секреторной деятельности поджелудочной железы развивается тяжёлое
заболевание — сахарный диабет. При этом глюкоза не переводится в гликоген и
количество её в крови достигает 200-400 мг%. Это состояние называется
ГИПЕРГЛИКЕМИЕЙ и приводит к тому, что почки начинают выделять сахар с мочой.
Клетки головного мозга, в отличие от других клеток организма, не могут депонировать
глюкозу. Если в крови уровень глюкозы падает ниже 60-70мг%, то почти прекращается
переход глюкозы из крови в нервные клетки. При таком низком содержании сахара в
крови — ГИПОГЛИКЕМИИ — развиваются судороги, потеря сознания
(гипогликемический шок) и смерть. В организме поддерживается оптимальный уровень
глюкозы в крови (80-120мг%).
ОБМЕН ЖИРОВ.
Жиры — важный источник энергии в организме. Жиры являются составной частью
клеток, мембран. Излишки жиров могут депонироваться.. В желудочно-кишечном тракте
жир распадается на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в тонком
кишечнике.. В организме жиры могут синтезироваться также из белков и углеводов.
ВОДНЫЙ ОБМЕН.
Внутреннюю среду организма создают кровь (плазма), тканевая жидкость, лимфа.
Основной их частью являются белки, минеральные соли и вода. Без воды не могут
протекать обменные процессы, вода является хорошим растворителем. Вода участвует в
транспорте некоторых газов, входит в состав пищеварительных соков. Вода участвует в
удалении продуктов обмена. Вода участвует в процессах терморегуляции. Без воды
человек может прожить не более 7-10 дней, а без пищи 30-40 дней. Организм взрослого
человека нуждается в 2500 мл воды в сутки: в виде питья 1100 мл, в пище 1100 мл.
Отношение общего количества потребляемой жидкости к общему количеству выделяемой
называется водным балансом.
ВИТАМИНЫ: Для нормального протекания
физиологических процессов в организме необходимы дополнительные вещества, которые
присутствуют в минимальных количествах — витаминов, выполняющих роль регуляторов
обменных процессов. Роль витаминов сходна с ролью ферментов и гормонов. Витамины
могут входить в состав различных ферментов. При недостатке витаминов в организме
развиваются авитаминозы. Открыто более 20 веществ, которые относят к витаминам.
Витамины делят на две большие группы в соответствии с их растворимостью в воде и
жирах: водорастворимые и жирорастворимые. К жирорастворимым относят витамины А,
Д, Е, К и другие. К водорастворимым — витамины группы В, С, РР и другие.
.
Сбалансированный рацион. Четыре основных физиологических принципа составления
пищевых рационов: 1. Калорийность суточного рациона не должна превышать
35
энергетические затраты; 2. содержание белков, жиров, углеводов должно быть равным
минимальным потребностям; 3. содержание солей, витаминов не менее минимальной
потребности; 4. содержание витаминов, солей и микроэлементов должно быть ниже
токсического уровня. Ожирение как фактор риска: связанный с уменьшением
продолжительности жизни. Если масса тела больше теоретической на 20%, то говорят об
избыточном весе, более чем на 20% говорит о признаках ожирения. Идеальный вес
сочетается с наибольшей продолжительностью жизни. Индекс Брока: из роста в см
следует вычесть 100. Это даёт завышенные значения веса, поэтому следует вычесть ещё
10%. Индекс Кетеле: ИМТ=вес тела в кг/рост тела в см2. ИМТ, превышающий 2.4
сочетается с повышенной заболеваемостью ишемической болезнью сердца.
Энергетическая оценка продуктов питания. Питательные вещества служат источником
энергии для организма. При расщеплении каждого грамма вещества высвобождается
определенное количество энергии, которое называют физиологической теплотой
сгорания или энергетической ценностью . Физиологическая теплота сгорания жиров
вдвое выше, чем белков и углеводов.. Зная содержание белков жиров и углеводов в
пищевых продуктах можно подсчитать их калорийность. По правилу изодинамии Рубнера
питательные вещества можно взаимозаменять, учитывая их калорическую ценность. С
энергетической точки зрения 1 г углевода изодинамичен или эквивалентен 1 г белка или
0.44 г жира. Отсюда следует, что человек, суточный рацион которого равен 3000 ккал
может полностью удовлетворить энергетические нужды организма, потребляя 732 г
углеводов. Но для организма важна не только калорическая ценность пищи, но и
сбалансированное поступление разных веществ, поскольку они выполняют не только
энергетическую, но и пластическую функцию, т.е.
используются для синтеза
компонентов структур. Соотношение в пищевом рационе белков, жиров и углеводов
должно быть 1:1,2:4,6 по массе этих веществ. Питание только определёнными
инградиентами может привести к нарушению обмена веществ.
Эволюция водно-солевого обмена и экол.физиология почки.
Водно-солевой обмен — совокупность процессов поступления воды и электролитов в
организм, распределения его во внутренней среде и выделение из организма. Водный
баланс организма — поддержание равенства объёмов поступившей и выделившейся из
организма воды за сутки. Эволюция систем, регулирующих постоянство солевого состава
и объема жидкости. Роль воды: обеспечивает связь внутренней и внешней среды,
транспорт веществ между клетками и органами, основная среда развёртывания
метаболических процессов. Избыток воды — гипергидратация, недостаток воды —
дегидратация. Принципы обеспечения водно-солевого гомеостаза у многоклеточных
организмов. Эволюция
поддержания осмотического гомеостаза.. Возникновение
специализированных органов солевой и осмотической регуляции
По характеру осморегуляции все животные могут быть разделены на две группы:
гомойо- и пойкилоосмотические. Механизмы адаптации и поддержания осмотического
и ионного гомеостаза.
У разных видов животных способность концентрировать мочу
неодинакова. Это зависит от доступности воды в их среде обитания и особенностей
поведения, от состава пищи. Для пойкилоосмотических животных адаптация к
пониженной солёности происходит двумя путями: либо изоляция от внешней среды, либо
появление органических ионов — аминокислот, участвующих в поддержании
стабильности объёма клеток. Эффективность осморегуляции у птиц достигается
благодаря урикотелии (конечным продуктом азотистого обмена у них является мочевая
кислота) и наличие специальных солевых желёз, для выделения одновалентных ионов.
Почки у птиц выполняют роль органа адаптации к избыткам воды.
Млекопитающие. Особенность ионной и осмотической регуляции состоит в том,
что главным эффекторным органом являются почки. Основные процессы с помощью
36
которых почки поддерживают гомеостаз жидкостей организма являются: 1. Фильтрация:
приток крови к почке составляет 1200мл/мин, или 20% сердечного выброса фильтруется
через клубочки. 2. Реабсорбция: обеспечивает обратное всасывание профильтрованных в
клубочках растворенных веществ и воды. 3. Секреция: процесс, при котором вещества в
различных отделах канальцев поступают из внеклеточного пространства в мочу. В
процессе эволюции происходило совершенствование механизмов водно-солевого
гомеостаза.
Структурные основы эволюции почки позвоночных. Почка позвоночных
построена по единому принципу: структуры, приспособленные для процесса
ультрафильтрации, соединены с системой канальцев, обеспечивающих реабсорбцию
большинства компонентов профильтровавшейся жидкости и секрецию ряда веществ в
мочу. Почка работает как фильтрационно-реабсорбционный механизм. Почки – парные
органы расположенные в области позвоночника ниже диафрагмы .Структурные элементы
почки: вещество почки делится на два основных отдела: наружный (корковое вещество) и
внутренний (мозговое вещество). Оба этих отдела характеризуются упорядоченным
расположением кровеносных сосудов и мочевыводящих структур. Структурнофункциональной единицей почки служит нефрон. Существует два типа нефронов:
кортикальные (поверхностные) их – 90% и юкстамедуллярные( глубокие) – 10%,
расположенные в месте перехода коркового вещества в мозговое В почке весом 150 гр.
содержится 1-1.2 млн. нефронов. Строение нефрона: нефрон состоит из клубочка и
почечного канальца. В пределах коркового вещества несколько почечных канальцев
открываются в собирательную трубочку. Эти трубочки не только собирают мочу, но и
участвуют в формировании её окончательного состава. Почечный клубочек образован
пучком капилляров (сосудистый клубочек или мальпигиево тельце — 50 капиллярных
петель), состоящим из системы разветвлений приносящих сосудов, затем собирающихся в
систему выносящих сосудов. К капиллярам примыкает двуслойная боуменова капсула.
Между двумя слоями капсулы находится пространство, сообщающееся с отходящим от
капсулы канальцем. Все клубочки расположены в корковом веществе и состоят из
корковых клубочков, расположенных в наружных корковых слоях, и юкстамедуллярных
клубочков, находящихся в глубине почки.
Почечные канальцы начинаются с
извитых участков, переходящих в короткие прямые канальцы, расположенные в мозговом
слое. Начальный отдел канальца, имеющий извитую форму называется извитым
канальцем I порядка. Этот каналец переходит в мозговой слой и там образует петлю
Генле. Затем, возвращаясь в корковый слой, каналец вновь извивается и эта часть
называется извитым канальцем II порядка, который через систему собирательных
трубочек соединяется с почечной лоханкой. Петля Генле имеет изгиб в виде шпильки для
волос. Проксимальные и дистальные извитые канальцы всегда расположены в пределах
коркового вещества почек. Дистальные извитые канальцы контактируют с выносящими
артериолами тех же клубочков этих нефронов и это место называют юкстагломерулярный
комплекс. В корковом веществе дистальный извитой каналец открывается в
собирательную трубочку. Они открываются
в области сосочков чашечек почечных
лоханок.
Роль почек: почки очищают плазму крови от конечных продуктов обмена
(мочевина, мочевая кислота, креатинин), которые могут вызвать отравление. В состав
мочи могут входить также вещества, необходимые для жизнедеятельности организма,
например, ионы Na, Ca, К, неорганический фосфат, вода. Объем выделения таких веществ
должен способствовать поддержанию постоянства их состава в плазме крови и
межклеточной жидкости, независимо от вариабельности их поступления в организм..
Почки участвуют в регуляции водного, солевого (электролитного) и кислотно-щелочного
равновесия в организме и поддерживают постоянство ионного состава, осмотического
давления и рН внутренней среды. Механизм образование мочи: первичная моча ,ее
состав, чрезканальцевый транспот. . Содержание вещества в конечной моче..
37
Пассивный перенос осуществляется по принципу облегченной диффузии. Активный
чрезканальцевый перенос не зависит от концентрационного градиента, идет в одном
направлении и требует затраты энергии. Активный транспорт служит для реабсорбции
натрия. калия и глюкозы В сутки человек выделяет 1,5л мочи, при этом первичной мочи
отфильтровывается 100 л и из нее должно реабсорбироваться в кровь 98,5 л . Регуляция
деятельности почек. К почкам подходят волокна симпатической и парасимпатической
нервной системы. В регуляции деятельности почек принимают участие высшие отделы
ЦНС, кора больших полушарий. Гипофиз продуцирует гормоны, ускоряющие и
замедляющие процессы диуреза). Гормон задней доли гипофиза (нейрогипофиза) антидиуретический гормон (АДГ) замедляет процессы мочеотделения, при его отсутствии
человек может выделить за сутки до 25 л мочи. Отсутствие АДГ приводит к развитию
несахарного диабета..Альдостерон - гормон надпочечников участвует в поддержании
баланса электролитов.
Нарушение работы почек. Почечная недостаточность развивается при сокращении
числа функционирующих клубочков более чем на 30%. Повышение уровня небелкового
азота в плазме крови называют азотемией, а общее нарушение экскреторной функции
почек — уремией. Лекарственные средства, усиливающие образование мочи называются
диуретиками.
38