Урок по биологии: "Органы и системы органов. Целостность организма"
Цели урока : дать понятие об уровнях организации человеческого организма, плане его строения, топографии внутренних органов и полостях тела, системах органом. Провести анализ конкретных связей между структурами и функциями органов и частей тела. Формировать у учащихся навыки умения работать с
анатомическими таблицами, схемами и проводить наблюдения, функциональные пробы.
Оборудование : торс человека, таблицы с изображением внутренних органов человека, схема организма
человека как единой целостной системы.
Ход урока
I . Организационный момент
II . Изучение новой темы
1. Активизация познавательной деятельности
Наш организм. Это определение кажется настолько привычным и понятным, что мы редко задумываемcя над его сущностью. И на вопрос: «Что же это все-таки такое?» - каждый ответит, очевидно, по-своему. А как?
Учитель предлагает учащимся самостоятельно, индивидуально определить понятие «организм», сделав записи на листе. Через 2-3 минуты учащиеся обмениваются мнениями в паре, а затем в четверке, обсуждают и записывают одно обобщенное понятие.
Организм - это определенный биологический комплекс или система, реагирующая как единое целое на различные изменения внешней среды. Система эта относительно стабильна, несмотря на то, что состоит из многих органов. Органы, в свою очередь, состоят из тканей, ткани - из клеток, клетки - из молекул.
Молекулы, клетки, ткани, органы, системы органов - все эти «этажи» или разные «уровни» живого объединены в организме человека в единое и нераздельное целое. Как устроен и что может каждый «этаж» сам по себе, каким образом достигается четкая согласованная их деятельность?
Учащиеся с помощью учителя формулируют цель и задачи урока.
2. Рассказ учителя с использованием схемы «Организм человека как единая целостная система»
1. Вся окружающая нас природа разделяется на органическую и неорганическую. К первой относятся животные и растительные организмы, а также неклеточные формы жизни - вирусы, ко второй - минералы.
2. Химический анализ показывает, что любой живой организм состоит из тех элементов, которые часто встречаются и в неживой природе, в неорганическом мире. 96 % веса тела составляют кислород, углерод, водород, азот. Еще 3 % приходится на долю кальция, фосфора, калия, серы. Прочие химические элементы имеются в организме в совсем небольших количествах.
Французский химик Г. Бертран подсчитал, что тело человека, весящего около 100 кг, содержит кислорода 63 кг, углерода - 19 кг, водорода - 9 кг, азота - 5 кг, кальция - 1 кг, фосфора - 700 г, серы - 640 г, натрия - 250 г, калия - 220 г, хрома - 180 г, магния - 40 г, железа - 3 г, йода - 0,03 г. Фтора, брома, марганца, меди - еще меньше.
3. Живое и неживое построено из одних и тех же элементов. Но в живых организмах они объединены в особые химические соединения - органические вещества (молекулы). Можно выделить четыре большие группы этих веществ - белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Они входят в состав любой живой клетки. Эти крупные молекулы играют роль строительных блоков, из которых создаются сложные надмолекулярные комплексы. Вещества клетки расположены не хаотично, а образуют упорядоченные структуры-органоиды, которые обеспечивают все процессы жизнедеятельности клетки.
4. Организм человека - огромное «многоклеточное государство». Клетки, из которых построено тело человека, неодинаковы и отличаются своей специализацией, т. е. приспособлены к выполнению определенных функций. Например, главная функция клеток мышц - сокращение, нервных - выработка электрических сигналов, железистых - выделение секрета. Есть клетки, выполняющие опорную функцию, функцию размножения и многие другие. Клетка - структурная и функциональная единица всех живых организмов и все клетки имеют единый план строения.
5. Клетки «одной специальности» объединяются в группы. Вместе с расположенными между этими клетками межклеточным веществом такие специализированные системы клеток получили название тканей. Все разнообразие тканей человека условно подразделяют на эпителиальную (покровную) ткань, соединительные, мышечные ткани и нервную.
6. Из нескольких тканей, среди которых одна имеет функционально ведущее значение, складываются органы, совместная и координированная работа которых обеспечивает возможность нашего существования.
- Схема. Организм человека как единая целостная сиcтема:
Геноти
Органы, выполняющие единую функцию, имеющие общий план строения и развития, объединяются в
систему органов.
А Системы органов: опорно-двигательная, пищеварительная, дыхательная, выделительная, половая, кровеносная (сердечно-сосудистая), покровная, эндокринная и нервная. Все системы органов взаимосвязаны и составляют единый организм. 7. Определяющим началом всего является генотип.
Генотип - совокупность всех наследственных задатков клетки или организма. Генотип контролирует развитие, строение и жизнедеятельность организма, то есть совокупность всех его признаков.
Опыт. На следующем этапе урока учитель предлагает учащимся выполнить функциональную пробу. Учащиеся задерживают дыхания на возможно больший срок в состоянии выдоха. Учитель смотрит на секундомер и объявляет время через каждые 5 с.
Результат опыта: 1. Учащиеся задерживают дыхание на разное время, следовательно, чувствительность к недостатку кислорода неодинакова. 2. У большинства участников опыта лицо покраснело, заметно пульсирование сонных артерий.
Вывод: изменение функции дыхательной системы ведет за собой изменение в функциях кровеносной системы. Следовательно, между органами, системами органов имеется связь.
- Взаимодействие всех подсистем организма направлено в основном на поддержание постоянства внутренней среды организма, основой которой является кровь.
I Іостоянно происходящие изменения в окружающей среде, тотчас же компенсируются и уравновешиваются организмом, т. е. не влияют существенно на работу его внутренних органов.
Например. И летом, в жару, и зимой, в холод, температура нашего тела не меняется. Высоко в горах и глубоко под землей, то есть при значительных колебаниях атмосферного давления насыщение нашей крови кислородом и другими газами постоянно.
Большое количество съеденных шоколадных конфет не изменит существенно и надолго уровень сахара в вашей крови.
Для нормальной работы всех органов необходимо определенное количество циркулируемой крови и постоянный уровень артериального давления. А если кровопотеря? Ранение, порез, открытый перелом, сопровождающийся разрывом кровеносных сосудов? В большинстве случаев организм справляется с такими испытаниями.
Наш организм - система саморегулирующаяся.
Саморегуляция достигается взаимодействием всех клеток, тканей, органов, взаимосвязью и взаимоподчиненностью всех процессов, в них происходящих. Нарушение работы одного органа в той или иной степени нарушает деятельность и других органов.
Каким же образом обеспечиваются подобные «цепные реакции» нашего организма?
Путей таких несколько и наиболее изученными являются два: гуморальный и нервный.
Гуморальный, или химический. В различных клетках и органах в ходе жизнедеятельности образуются различные по своей химической природе и физиологическому действию вещества. Большинство из них обладает огромной биологической активностью, то есть способностью в очень небольших концентрациях вызывать значительные изменения в работе органов. Основными представителями гуморальных регуляторов являются гормоны, которые вырабатываются в железах эндокринной системы.
Нервный. Согласует и регулирует деятельность различных клеток, тканей и органов, приспосабливая ее к разным условиям жизни.
Для нервной системы характерно многообразие функций и почти неограниченная власть над физиологическими процессами. Даже гуморальная регуляция в известной мере подчиняется ей. Так, образование и выделение большинства гормонов осуществляется под контролирующим влиянием нервной системы. Действие нервной системы происходит всегда в тесной согласованности с гуморальными процессами.
Оба этих механизма, дополняя друг друга, обеспечивают важнейшую особенность нашего организма - саморегуляцию физиологических функций, приводящую к автоматическому поддержанию необходимых организму условий существования.
- Если нервный и гуморальный механизм регулируют лишь интенсивность функций клеток, органов и тканей, то какая же причина (или сила) формирует организм, предопределяет развитие и существование его?
- Как вы понимаете выражение «Организм - единое целое»? Подумайте и объясните, могут ли органы осуществлять функции вне организма?
- Объясните, почему над суставами пальцев руки кожа собрана в складки.
Учитель просит учащихся положить руки на парты ладонной стороной вниз и рассмотреть свои пальцы. Учащиеся замечают, что над суставами кожа собрана в с к пилки. Сколько их? Учитель предлагает самостоятельно объяснить значение этих структурных образований. (Структура - от лат. строение, устройство). Учащиеся отмечают, что благодаря складкам кожи над суставами пальцы можно сгибать. Такое строение позволяет совершать различные хватательные движения, а это и есть функция этого органа.
Придумайте опыт, который бы доказал, что складки кожи, над суставами необходимы для функционирования пальцев. (Для доказательства достаточно второй рукой захватить складку кожи указательного пальца и попытаться его согнуть. Это не получается. Если убрать кожные складки, нарушается функция пальца: его нельзя согнуть в суставе. Нарушение структуры (складок) делает невозможной функцию кисти (схватывание вещи)).
Вывод: между структурой (строением) и функцией органов и частей тела существует тесная связь.
Напишите, как можно больше, названий органов человеческого тела за 2-3 мин. У учащихся закономерно возникают вопросы типа «А (зуб, мозг, нос и т. д.) - это орган?»
Учитель предлагает учащимся выяснить это, используя материал учебника
На следующем этапе урока учитель кратко рассказывает о внешнем и внутреннем строении человеческого организма: называет части тела, показывает на таблице полости тела.
Формирование навыка работы с анатомическими таблицами, рисунками, нахождение проекции внутренних органов на своем теле организуется в ходе выполнения следующего задания:
Пользуясь рисунками в учебнике, таблицами, научитесь распознавать на себе место расположения важнейших органов в своем теле (гортани, легких, сердца, диафрагмы, печени, желудка, кишечника, селезенки и др.)
Определите, какой орган помещается:
а) под диафрагмой в правом боку и по средней линии тела;
б) под диафрагмой левее от средней линии;
в) в левом боку чуть ниже диафрагмы;
г) выше диафрагмы под грудной костью;
д) в брюшной полости по обе стороны поясничного отдела позвоночника.
Учитель подчеркивает, что в строении и расположении органов человеческого тела имеются
определенные закономерности:
Таблица. Средняя относительная масса различных органов и тканей взрослого человека (% к массе всего тела)
Мускулатура | Почки | ||
Скелет | Сердце | ||
Кожа (все слои) | Поджелудочная железа | ||
Головной мозг | Прочие железы | ||
Спинной мозг | 0,06 | Кровь | |
Глаза | 0,02 | Кровеносные сосуды, нервные стволы и мелкие органы | |
Желудочно-кишечный тракт | |||
Легкие | |||
Печень |
1) длина ладони равна длине лица (от подбородка до начала волосяного покрова), т. е. ладонью можно закрыть лицо;
2) длина предплечья равна длине стопы, а длина стопы равна длине окружности кулака (следовательно, узнать, подходит ли носок, можно, если обернуть его след вокруг кисти, сжатой в кулак, а подобрать нужный размер тапочка или валенка можно, если сравнить длину подошвы обуви с длиной предплечья);
3) расстояние между кистями разведенных в сторону рук равно сумме длин обеих ног (определить, подходят ли брюки по длине можно, если растянуть их в разведенных руках);
4) длина носа примерно равна длине уха, а ширина уха составляет половину его длины.
Перечисленные закономерности лучше проверить дома, но при наличии времени на уроке такие измерения могут быть сделаны и в классе. Их анализ показывает, что они верны лишь приблизительно, причем у одних несоответствия будут большими, у других меньшими. Эти отклонения являются вариантами нормы и не являются недостатками фигуры.
- Закрепление изученного материала
Сформулируйте основные выводы темы.
1. Организм - биологическая система, реагирующая как единое целое на различные изменения внешней среды.
2. Человеческий организм состоит из клеток, клетки образуют ткани, ткани - органы, органы - системы органов, а те - организм в целом.
3. Нервный и гуморальный механизмы обеспечивают саморегуляцию физиологических функций организма.
4. Орган - часть тела, имеющая определенную форму, строение, выполняющая определенную функцию.
5. Функции - реакции организма, направленные на удовлетворение возникших в нем потребностей, защиту от вредных воздействий среды и приспособление к ней.
6. Между строением и функциями органов существует тесная взаимосвязь.
Гуморальную регуляцию процессов жизнедеятельности осуществляют и другие биологически активные вещества (БАВ), которые секретируются не в кровь, а в межтканевую жидкость, окружающие эти клетки. Такие вещества называются гистогормонами или тканевыми гормонами. Они обеспечивают, как правило, саморегуляцию тканевых процессов в месте их образования и могут действовать следующими путями: паракринным; аутокринным; нейрокринным (рис. 1.1).
1. Паракринный путь действия БАВ . БАВ поступает во внеклеточную жидкость и действует на рядом лежащие другие клетки, не поступая в кровоток. Например, гормон соматостатин секретируется D-клетками островков Лангерганса в межклеточную жидкость и действует на рядом лежащие α- и β-клетки островка, тормозя секрецию инсулина и глюкагона.
2. Аутокринное действие – синтезированный гистогормон выделяется из клетки и его действие осуществляется на ту же клетку, в которой он синтезирован. Такое действие оказывают ионы Са ++ , цАМФ.
3. Нейрокринное или нейротрансмиттерное действие. По аксонам нервной клетки нейротрансмиттеры поступают в синаптическую щель и на рецептор конечного органа. В центральной нервной системе такими нейротрансмиттерами являются допамин, норадреналин, адреналин, а на периферии - допамин. Они действуют быстро (мс) и быстро разрушаются специфическими ферментами.
Рис. 1.1. Пути действия гуморальных регуляторов гомеостаза.
Один и тот же гормон может обладать несколькими из описанных путей действия. Так, адреналин, норадреналин, допамин обладают эндокринным действием: из мозгового слоя надпочечника поступают в кровоток и действуют на свои, отдаленные от их железы, конечные эффекторные органы. В мозге и на периферии они действуют как нейротрансмиттеры.
Соматостатин в островках поджелудочной железы оказывает паракринный эффект, секретируясь из D-клеток, во внеклеточной жидкости действует на α- и β-клетки островка, тормозя секрецию инсулина и глюкагона. При этом одновременно он поступает в кровоток, действуя эндокринным путем.
Кортизол, кроме классического эндокринного действия, оказывает паракринное действие: по внеклеточной жидкости из пучковой зоны коры надпочечника он поступает в мозговой слой надпочечника и стимулирует синтез адреналина.
Инсулин, кроме классического эндокринного действия, обладает аутокринным и паракринным действием. Аутокринное действие - инсулин секретируется из β-клетки островка и во внеклеточной жидкости вновь поступает в ту же β-клетку. Паракринное действие - инсулин секретируется из β-клетки островка и во внеклеточной жидкости действует на α-клетки и тормозит секрецию глюкагона.
Таким образом, деление гуморальных регуляторов на гормоны и негормональные факторы (гистогормоны, медиаторы и т.д.) условно. Одно и то же соединение может рассматриваться в одном случае как гормон, а в другом, как гистогормон (прогестерон). Здесь может иметь место аналогии с электромагнитным полем, т.к. это с одной стороны волна, с другой – частица.
Беспозвоночные животные помимо гормонов, гистогормонов и т.д. вырабатывают соединение, выделяемые во внешнюю среду, которые вызывают реакции особей того же вида (например, половые аттрактанты). Их называют феромонами.
Гомеостаз глюкозы в норме
Поддержание нормального уровня глюкозы в плазме крови, главным образом базального, необходимо для нормальной функции мозга, который является абсолютно глюкозозависимым и может обходиться без глюкозы не более 5-10 мин.
Так как процесс еды происходит периодически, в организме имеются механизмы запасания энергии и глюкозы (гликоген в печени и мышцах, нейтральный жир в жировой ткани) и механизмы, способствующие их расходованию, когда пища не поступает. Поддержание нормального уровня глюкозы в крови в период, когда пища не поступает, осуществляется за счет образования в печени и в почках глюкозы из аминокислот (глюконеогенез) для обеспечения питания мозга.
Окисление глюкозы является основным источником энергии для многих тканей, но особенно для функционирования мозга. Так как клеточные мембраны непроницаемы для гидрофильных молекул, таких как глюкоза, все клетки имеют транспортные белки, которые находятся в мембранах клеток, и переносят глюкозу через липидные мембраны в цитоплазму клеток. Только кишечник и почки имеют энергетически зависимый Na + транспорт глюкозы. Во всех других клетках тела перенос глюкозы энергетически независимый, пассивный, путём диффузии глюкозы от высокой концентрации к низкой через клеточные мембраны в цитоплазму клеток. Выделяют пять глюкозотранспортных белков (ГТБ): ГТБ-1, -2, -3, -4, -5. Они подразделяются в зависимости от их чувствительности к глюкозе (табл. 6.3.). Глюкозотранспортные белки 1 и 3 переносят глюкозу в мозг. Остальные ткани в этот период используют в основном жирные кислоты, которые освобождаются из жировых клеток.
Наш организм - огромная многоклеточная система. В каждой клетке тела заключена генетическая информация, достаточная для воспроизведения всего организма. Эта информация записана в структуре ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и заключена в генах, расположенных в ядре. Наряду с ядром очень важным компонентом клетки является мембрана, которая и определяет клеточную специализацию (мышечную, костную, соединительную и т.д.). Клетки одной «специализации» образуют ткани. Ткани образуют органы. Органы как отдельные компоненты включены в функциональные системы, которые участвуют в той или иной работе.
Химический анализ показывает, что все живое и неживое построено из одних и тех же элементов. Но в живых организмах они объединены в особые органические соединения - органические вещества. Можно выделить три большие группы этих веществ:
1. Белки
- это 12 заменимых и 8 незаменимых аминокислот,
которые должны поступать с пищей. Белки прежде всего
являются строительным материалом, а уже потом источником
энергии (1 г - 4,2 ккал).
2. Жиры
- это и строительный материал и источник энергии
(1 г - 9,3 ккал).
3. Углеводы
- это прежде всего основной источник энергии
(1 г-4,1 ккал).
В организме существует возможность взаимных преобразований белков, жиров и углеводов друг в друга во время биохимических реакций внутри организма. Поступая в организм с пищей наряду с неорганическими веществами: водой, минеральными солями, витаминами - они участвуют в обменных процессах.
Обмен веществ - основной биологический процесс, который свойствен всему живому и представляет собой сложную цепь окислительно-восстановительных биохимических реакций с участием кислорода (аэробный путь) и без временного участия кислорода (анаэробный путь). Суть данных реакций заключается в усвоении и переработке в организме поступающих из внешней среды веществ, освобождении химической энергии, превращении ее в другие виды (механическую, тепловую, электрическую) и выделении во внешнюю среду продуктов распада этих веществ (углекислого газа, воды, аммиака, мочевины и др.).
Как мы видим, обмен веществ - двуединый процесс, связанный с постоянным расщеплением веществ, которое сопровождается выделением и расходом энергии (процесс диссимиляции) и их постоянным обновлением и пополнением энергией (процесс ассимиляции). В растущем и развивающемся организме процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции. Именно в результате этого происходит накопление веществ и рост организма. В сформировавшемся взрослом организме эти процессы находятся в динамическом равновесии. Однако всякое усиление деятельности организма, например мышечной, приводит к усилению процессов диссимиляции. Чтобы сохранить в организме равновесие между приходом и расходом веществ и энергии, необходимо усиление процессов ассимиляции за счет, прежде всего, поступления в него питательных веществ. При этом необходимо помнить, что излишки питательных веществ откладываются в организме в виде избыточной жировой ткани. Если же процессы диссимиляции начинают преобладать над процессами ассимиляции, то происходит истощение организма и его гибель вследствие разрушения жизненно важных тканевых белков.
Наряду с процессами обмена веществ в живом организме происходят и два других: размножение (обеспечение сохранения вида) и адаптация (приспособление к изменяющимся условиям внешней и внутренней средам организма). Чтобы не погибнуть, организм приспособительно реагирует на воздействия внешней среды, а это влечет за собой изменение самого организма. Так, систематическая мышечная деятельность приводит к усилению образования мышечных белков и увеличению массы мышц, а также к увеличению содержания в мышцах веществ, служащих источниками энергии при мышечной деятельности (креатинфосфата, гликогена).
Обменные и другие процессы регулируются уже на первом клеточном уровне. Регулирование организма в целом и деятельности человека как личности обеспечивается многоуровневой системой управления. Более подробно мы рассмотрим регуляцию организма.
Имеются два механизма регуляции относительного постоянства внутренней среды организма (гомеостаза).- гуморальный и нервный. Суть гуморального, или химического механизма фегуляции, в том, что в различных клетках и органах в ходе жизнедеятельности образуются различные по своей химической природе и физиологическому действию вещества. Большинство из них обладает способностью в очень небольших концентрациях вызывать значительные изменения функции. Поступая в тканевую жидкость, а затем в кровь, они разносятся по всему телу и оказывают влияние на все клетки и ткани. Это второй, надклеточный, уровень управления. Химические раздражители не имеют определенного «адресата» и на разные клетки действуют по разному. Основными представителями гуморальных регуляторов являются продукты обмена веществ (метаболиты), производные надпочечников, поджелудочной, щитовидной и других желез внутренней секреции (гормоны), химические посредники при передаче возбуждения с нервного волокна на клетки работающего органа (медиаторы). Причем наиболее активны из них метаболиты и гармоны. Таковы в самых общих чертах сведения о регуляции организма через кровь и лимфу, которая является эволюционно более древней по сравнению с нервной регуляцией, возникшей в процессе эволюции животного мира.
Нервный механизм регуляции осуществляется рефлекторным путем. Рефлекс - это ответная реакция организма на то или иное воздействие в виде нервных импульсов. В основе образования рефлексов лежат возбуждение и торможение в коре головного мозга как две противоположные стороны единого процесса взаимодействия организма с внешней средой. Безусловный рефлекс - это врожденные наследственные реакции организма, рефлексы, которые возникают при определенных условиях в результате жизненного опыта конкретного организма, называют условными. Условные рефлексы определяют привычки организма, его настроение, самочувствие, формируют профессиональные навыки, двигательные умения, умения читать, писать, запоминать и т.д. путем многократных повторений во время конкретной деятельности. В этом случае они образуют в коре головного мозга двигательный стереотип, необходимое условие формирования двигательных умений и навыков. Нервный механизм регуляции является более совершенным, чем гуморальный. Дело в том, что, во-первых, взаимодействие клеток через нервную систему осуществляется значительно быстрее (скорость проведения импульса - 120 м/с, а скорость кровотока -около 0,5 м/с). Во-вторых, нервные импульсы всегда имеют определенный адресат, т.е. направлены к строго определенным клеткам. В-третьих, нервная регуляция является более экономичной, требует минимальных затрат энергии, т.к. мгновенно включается и быстро выключается, когда отпадает необходимость согласования каких-то процессов. Нервная система многофункциональна и имеет неограниченное влияние на физиологические процессы; гуморальная регуляция в известной мере подчиняется ей. Однако нервная регуляция всегда действует в тесном согласовании с гуморальным механизмом регулирования, при этом различные химические соединения по гуморальным путям влияют на нервные клетки, изменяя их состояние.
Итак, все уровни управления (от клеточного до уровня ЦНС), дополняя друг друга, делают организм единой саморазвивающейся и саморегулирующейся системой. Одним из факторов, обеспечивающих процесс саморегуляции, является наличие обратной связи между регулируемым процессом и регулирующей системой.
Звено депонирования играет роль буфера, позволяющего кратковременно увеличивать секрецию гормона без существенного перенапряжения процессов синтеза. Депонирование гормона чаще всего происходит в том же секреторном элементе, где осуществляется и его синтез.
Звено секреции заключается в выделении гуморального регулятора (гормона) из секреторной клетки в кровь. Этот процесс может протекать поразному в различных клетках. Так, например, клетки мозгового слоя надпочечников выделяют свой секрет в кровь путем излияния содержимого гранул, где депонированы катехоламины, через поры клеточной мембраны. В клетках коркового слоя надпочечников нет гранул, депонирующих гормоны, в их цитоплазме обнаружены «сумковидные» образования, открывающиеся непосредственно на поверхность клеток в перицеллюлярное пространство под эндотелием капилляров надпочечника. Почти мгновенная секреторная реакция коры надпочечников объясняется быстрым поступлением в кровь содержимого этих субэндотелиальных пространств.
Звено транспорта состоит в переносе гуморальных регуляторов по межклеточной жидкости, лимфе и крови. Протяженность путей транспорта различна в разных системах регуляции.
Так, гуморальный медиатор парасимпатического отдела нервной системы - ацетилхолин - преодолевает лишь пространство межнейронной щели шириной 1 - 2 мкм, а гормоны эндокринных желез распространяются практически во все части человеческого тела, т.е. на расстояние до 1 - 1,5 м. Звено метаболизма охватывает процессы биохимического превращения молекул гормона.
Эти превращения совершаются, как правило, в органах под влиянием имеющихся там специфических ферментов и обычно приводят к снижению либо к полной потере биологической активности гормонов. Высокая активность ферментов обнаруживается в печени, выполняющей роль органа инактивации биологически активных веществ. Однако ферменты обмена гормонов и медиаторов содержатся и в клетках других органов.
Звено выведения представляет собой один из важнейших механизмов поддержания концентрации гормонов на определенном уровне. Он обеспечивается главным образом процессами клубочковой фильтрации и канальцевой секреции в почках.
Однако выведение гормонов возможно и другими путями - через желудок, кишечник, с потом, слюной. Депонирование в тканях, метаболизм и выведение из организма являются основными каналами устранения гормонов из кровотока.
«Сексопатология», Г.С.Васильченко
Сольтеряющая форма ВДКН чаще всего наблюдается у детей. Кроме признаков, характерных для неосложнениой вирильной формы, у таких больных наблюдаются симптомы недостаточности коры надпочечников, нарушение электролитного обмена (гипонатриемия и гиперкалиемия), плохой аппетит, отсутствие нарастания массы тела, рвота, дегидратация, артериальная гипотензия. С возрастом при правильном лечении эти явления проходят. Без лечения больные погибают в раннем детстве. Гипертоническая…
Патологическое состояние, характеризующееся отставанием в росте по сравнению со средней нормой для соответствующих пола, возраста, расы, популяции. Гипофизарный нанизм обусловлен нарушением функций гипофиза. Выделяют три типа нанизма: с изолированным дефицитом соматотропного гормона (СТГ), с нормальным содержанием СТГ в плазме наряду с его биологической неактивностью и нанизм с пангипопитуитаризмом. Абсолютный или относительный дефицит СТГ часто сочетается…
Нарушения функций коры надпочечников могут быть первичными, когда патологический процесс затрагивает непосредственно кору надпочечников, или вторичными в результате какоголибо нарушения в организме, чаще при изменении функции гипоталамогипофизарной системы, например при болезни Иценко - Кушинга. Хотя сама болезнь Иценко - Кушинга - гипоталамогипофизарное заболевание, но феноменологически данное нарушение удобнее рассматривать в разделе патологии коры надпочечников, так…
Для четкой ориентировки в различных формах патологии пола следует помнить, что понятие «пол» слагается из многих взаимосвязанных биологических и социальнопсихологических компонентов. Биологическая дифференцировка пола программируется генетическим набором половых хромосом, образующихся в зиготе при слиянии материнской и отцовской гамет. Женская гаметаяйцеклетка в норме несет одну Х-хромосому, мужская гаметасперматозоид может нести либо Х, либо Y-хромосому. Таким образом,…
ВДКН у лиц женского пола следует дифференцировать от андрогенпродуцирующих опухолей (андростерома, арренобластома) и истинного гермафродитизма, при которых не бывает преждевременного полового и физического развития. Кроме того, при андрогенпродуцирующих опухолях проба с дексаметазоном не приводит к значительному снижению экскреции 17-КС с мочой, а при гермафродитизме экскреция 17-КС с мочой обычно в пределах нормы, иногда снижена. Супраренорентгенография,…
Лекция 4. Нервная и гуморальная регуляция, основные отличия. Общие принципы организации гуморальной системы. Основные гуморальные агенты: гормоны, нейромедиаторы, метаболиты, диетические факторы, феромоны. Принципы влияния гормонов на поведение и психику. Понятие рецепторов в тканях-мишенях. Принцип обратной связи в гуморальной системе.
«Гуморальный» означает «жидкостный». Гуморальная регуляция – это регуляция с помощью веществ, переносимых жидкостями организма: кровью, лимфой, спино-мозговой жидкостью, межклеточной жидкостью и другими. Гуморальный сигнал, в отличие от нервного: медленный (распространяется с током крови, или медленнее), а не быстрый; диффузный (распространяется по всему организму), а не направленный; длительный (действует от нескольких минут до нескольких часов), а не краткий.
В реальности в организме животных функционирует единая нервно-гуморальная система регуляции. Разделение её на нервную и гуморальную сделано искусственно, для удобства исследования: нервную систему изучают с помощью физических методов (регистрация электрических параметров), а гуморальную – химических.
Основные группы гуморальных факторов: гормоны и диетические факторы (всё, что попадает в организм с едой и питьём), а также феромоны, которые регулируют социальное поведение.
Существует четыре типа влияния гуморальных факторов на функции организма, в том числе и на психику и поведение. Организующее влияние – только на определённых этапах развития некий фактор необходим, а в остальное время его роль мала. Например, дефицит йода в диете маленьких детей вызывает недостатк гормонов щитовидной железы, что приводит к кретинизму. Индукция – гуморальный фактор вызывает изменение функций, несмотря на прочие регулирующие факторы, причём его эффект пропорционален дозе. Модуляция – гуморальный фактор влияет на функции, но его эффект зависит от других регулирующих факторов (как гуморальных, так и нервных). Большинство гормонов и все феромоны именно модулируют поведение и психику человека. Обеспечение – некоторый уровень гормона необходим для реализации функции, но многократное возрастание его концентрации в организме не изменяет проявление функции. Например, мужские половые гормоны организуют созревание половой системы у эмбриона, а у взрослого человека обеспечивают репродуктивную функцию.
Гормонами называют биологически активные вещества, которые вырабатываются специализированными клетками, распространяются по организму жидкостями или диффузией и взаимодействуют с клетками-мишенями. Почти все внутренние органы содержат клетки, вырабатывающие гормоны. Если такие клетки объединены в отдельный орган, он называется эндокринной железой, или железой внутренней секреции.
Функция каждого гормона зависит не только от секреторной активности соответствующей железы. После попадания в кровь, гормоны связываются специальными транспортными белками. Некоторые гормоны секретируются и транспортируются в формах, лишённых биологической активности, а в биологически активные вещества они превращаются только в тканях-мишенях. Для того, чтобы гормон изменил активность клетки-мишени, он должен связаться с рецептором – белком в мембране или цитоплазме клетки. Нарушение на любом из этапов передачи гормонального сигнала приводит к дефициту функции, регулируемой этим гормоном.
Секреция гормонов увеличивается или уменьшается под влиянием как нервных, так и гуморальных факторов. Торможение секреторной активности происходит либо под влиянием определённых факторов, либо по механизму отрицательной обратной связи. При обратной связи часть выходного сигнала (в данном случае, гормона) попадает на вход системы (в данном случае, на секреторную клетку). Из-за обратной связи внутри эндокринной системы терапия гормональными препаратами очень опасна: введение больших доз гормонального препарата не только усиливает регулируемые функции, но и тормозит, вплоть до полного отключения, продукцию этого гормона внутри организма. Неконтролируемый приём анаболиков не только ускоряет рост мышечной ткани, но и тормозит синтез и секрецию тестостерона и других мужских половых гормонов.
Гормоны, как и другие гуморальные факторы, влияют на психику и поведение различными способами. Основным является непосредственное взаимодействие с нейронами головного мозга. Часть гуморальных факторов (стероиды) свободно проникает в мозг через гемато-энцефалический барьер (ГЭБ). Другие вещества – ни при каких обстоятельствах (адреналин, норадреналин, серотонин, дофамин). Третья группа (глюкоза) требует специальных перносчиков. Таким образом, проницаемость ГЭБ это ещё один фактор, регулирующий эффективность гуморальной регуляции.
Лекция 5. Основные эндокринные железы и их гормоны. Гипоталамус, гипофиз. Мозговой слой надпочечников, корковый слой надпочечников. Щитовидная железа. Поджелудочная железа. Половые железы. Эпифиз.
В гипоталамусе синтезируются и секретируются в заднем гипофизе вазопрессин и окситоцин. В гипоталамусе синтезируются и секретируются в передний гипофиз, так называемые, либерины, например, кортиколиберин (КРГ) и гонадолиберин (ЛГ-РГ). Они стимулируют синтез и секрецию, так называемых, тропинов (АКТГ, ЛГ). Тропины действуют на периферические железы. Например, АКТГ стимулирует синтез и секрецию в коре надпочечников глюкокортикоидов (кортизол). В мозговом слое надпочечников, под влиянием нервной стимуляции синтезируется и секретируется адреналин. В щитовидной железе идёт синтез и секреция трийодтиронина; в поджелудочной – инсулина и глюкагона. В половых железах мужских и женских половых стероидов. В эпифизе синтезируется мелатонин, синтез которого регулируется освещённостью.
^
Контрольные вопросы к теме 3
1. «Никанор Иванович налил лафитничек, выпил, налил второй, выпил, подхватил на вилку три куска селедки… и в это время позвонили, а Пелагея Антоновна внесла дымящуюся кастрюлю, при одном взгляде на которую сразу можно было догадаться, что в ней, в гуще огненного борща, находится то, чего вкуснее нет в мире, - мозговая кость.» (Булгаков М. Мастер и Маргарита.).
Прокомментируйте поведение персонажа, используя категории «потребности», «мотивация». Укажите - каковы гуморальные факторы организации поведения персонажей. Ответьте - зачем принято пить аперитив (водку перед обедом)?
2. Почему при предменструальном синдроме рекомендуется бессолевая диета при предменструальном синдроме?
3. Почему студентки, имеющие грудного ребенка учатся хуже, чем до родов?
4. Каковы особенности гормонов гипоталамуса (на примере кортиколиберина и гонадолиберина)?
5. Каковы особенности гормонов переднего гипофиза (на примере АКТГ)?
6. Как известно, гормоны влияют на психику, воздействуя на: 1) на обмен веществ; 2) внутренние органы; 3) непосредственно на ЦНС; 4) на ЦНС через периферическую НС.
Какими путями влияют на поведение следующие гормоны:
Адреналин;
Кортиколиберин;
Гонадолиберин;
Вазопрессин;
Окситоцин;
Прогестерон;
Кортизол?
7. Какой путь влияния не указан в предыдущем вопросе? (подсказка: "Кортизол влияет на психику …")
8. Пропагандисты вегетарианства считают, что вегетарианская диета улучшает нравственную природу человека. Что вы думаете по этому поводу? Как меняется поведение человека и животных при вегетарианской диете?
9. Каковы этапы передачи гормонального сигнала?
10. Что такое обратная связь? Какова ее роль в регуляции функций организма?
^
1. Ашмарин И. П. Загадки и откровения биохимии памяти. - Л.: Изд. ЛГУ, 1975
2. Држевецкая И. А. Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы. - М.:, Высшая школа, 1994
3. Ленинджер А. Основы биохимии. тт.1–3. -, М.:, Мир, 1985
4. Чернышева М. П. Гормоны животных. - С-Пб.:, Глаголъ, 1995
^
Тема 4. Стресс
Лекция 6. Специфическая и неспецифическая адаптация. Работы У. Кеннона. Симпатоадреналовая система. Работы Г. Селье. Гипофиз-адреналовая система. Неспецифичность, системность и адаптивность стресса. Стресс как новизна.
Стресс – это неспецифическая системная приспособительная реакция организма на новизну.
Термин «стресс» ввёл Ганс Селье в 1936 г. Он показал, что организм крыс реагирует сходным образом на самые разные повреждающие воздействия.
Неспецифичность стресса означает, что реакция организма не зависит от модальности стимула. В реакции на любой раздражитель всегда присутствуют два компонента: специфический и стрессорный. Очевидно, что организм реагирует по-разному на боль, шум, отравление, приятное известие, неприятное известие, социальный конфликт. Но все эти стимулы вызывают и такие изменения в организме, которые являются общими для всех перечисленных и многих других воздействий. Г. Селье к таким изменениям относил: 1) увеличение коры надпочечников, 2) уменьшение тимуса (лимфоидного органа), 3) изъязвление слизистой желудка. В настоящем список стрессорных реакций значительно расширен. Триада Селье наблюдается только при длительном действии неблагоприятного фактора.
Системность стресса означает то, что организм на любое воздействие реагирует комплексно, т.е. в ответ вовлечены не только кора надпочечников, тимус и слизистая. Всегда происходят изменения в поведении человека, или животного, в физиологических и биохимических показателях организма. Изменения только одного какого-то параметра – частоты сердечных сокращений, или уровня гормона, или двигательной активности – ещё не означает, что организм демонстрирует стрессорную реакцию. Возможно, мы наблюдаем реакцию специфичную только для данного раздражителя.
Стресс является приспособительной реакцией организма. Все проявления стрессорной реакции направлены на усиление приспособительных (адаптивных) возможностей организма и, в конечном счёте, на выживание. Поэтому периодические умеренные стрессы полезны для здоровья. Стресс становится опасным для жизни тогда, когда он становится неконтролируемым (см. раздел «Неконтролируемый стресс и депрессия». Опасность стресса, помимо тех случаев, когда он становится неконтролируемым, определяется тем, что стресс – эволюционно древний механизм. Стрессорная реакция, во всех основных чертах, характерных и для человека, описана у миног. Эта группа животных возникла примерно 500 млн лет тому назад. Все эти сотни миллионов лет основной опасностью для живых существ была вероятность оказаться съеденным или, по крайней мере, получить серьёзные повреждения. Поэтому стрессорная реакция направлена на предотвращение последствий кровопотери, в частности на мобилизацию резервов сердечно-сосудистой системы, что чревато инфарктом и инсультом. Кроме того, стресс включает торможение процессов роста, питания и размножения. Эти важные функции могут быть реализованы, когда животное спасётся от хищника. Поэтому хронические стрессы ведут к расстройству этих функций. В современном же мире, человек испытывает стрессы, вызываемые главным образом, социальными стимулами. Очевидно, что при внеплановом вызове к начальству нет смыла готовиться к кровопотере, однако в нашем организме повышается артериальное давление и тормозятся все процессы в желудке.
Стресс развивается в организме в том случае, когда стимул является новым для организма. Сам Г. Селье считал, что стрессом животные и люди реагируют на все ситуации. Очевидно, что в таком случае понятие стресса становится избыточным, поскольку оно будет эквивалентно понятию жизни. Иногда под стрессом понимают реакцию на повреждающие воздействия. Но, хорошо известно, что стресс сопровождает и радостные события нашей жизни. Более того, многие люди строят свою жизнь как постоянные поиск «острых ощущений», т.е. стрессогенных ситуаций. Ещё распространено представление о стрессе как реакции на сильные воздействия. Конечно, люди, пережившие природные, техногенные, или социальные катастрофы испытали сильнейший стресс. Вместе с тем, существует и «стресс повседневности», хорошо известный любому жителю большого города. Множество мелких событий, требующих от нас какой-то реакции, приводит в итоге к формированию застойной стрессорной реакции.
Таким образом, стрессом мы называем реакцию не на любые, не на вредные, не на сильные события, а на те, с которыми мы сталкиваемся впервые, к которым организм ещё не успел приспособится, т.е. стресс – это реакция на новизну. Если один и тот же стимул повторяется регулярно, т.е. новизна ситуации уменьшается, то уменьшается и стрессорная реакция организма. При этом специфическая реакция усиливается. Например, в результате регулярных погружений в холодную воду человек «закаливается», его организм интенсивно реагирует на охлаждение. Такому человеку не страшны никакие сквозняки. Но вероятность заболеть от перегрева у него такая же, как и «незакалённого» человека. А стрессорный компонент реакции на ледяную воду у таких людей со временем не уменьшается.
Лекция 7. Измерение стресса. Основные физиологические и биохимические проявления стресса. Количественные характеристики стресса. Чувствительность. Реактивность. Устойчивость. Смещённая активность – поведенческая стрессорная реакция. Условия возникновения смещённой активности. Виды смещённой активности. Использование стресса на практике для психологического тестирования.
Стрессорная реакция запускается двумя нервно-гуморальными системами, которые обе имеют конечное звено в надпочечнике. 1) От головного мозга, через спинной сигнал приходит в мозговой слой надпочечников, из которого выбрасывается в кровь адреналин. Эго функции дублируют функции симпатической нервной системы. 2) Сигнал о новой ситуации попадает в гипоталамус, где вырабатывается кортиколиберин (КРГ), воздействующий на передний гипофиз, в котором усиливается синтез и секреция адренокортикотропного гормона (АКТГ). АКТГ с током крови стимулирует в коре надпочечников синтез и секрецию глюкокортикоидных гормонов. Основным глюкокортикоидом человека является кортизол (гидрокортизон).
Торможение эндокринного компонента стрессорной реакции происходит благодаря отрицательной обратной связи: кортизол снижает синтез и секрецию как КРГ, так и АКТГ. Отрицательная обратная связь – единственный механизм торможения стресса, поэтому при его нарушениях даже слабый стрессорный стимул ведёт к стойкому повушению секреции КРГ, АКТГ и кортизола, что пагубно для организма (см. разделы «Неконтролируемый стресс и депрессия» и «Психосоматотипы»). Существует несколько гормонов, которые ослабляют стрессорное увеличение синтеза и секреции глюкокортикоидов. В частности, мужские половые гормоны, синтезируемые в корковом слое надпочечников уменьшают величину стрессорной реакции. Но фактора, тормозящего стрессорную реакцию, за исключением механизма отрицательной обратной связи, не существует.
Кортизол увеличивает содержание глюкозы в крови. Но главное его значение в другом, поскольку несколько других гормонов (всего их семь) тоже увеличивает содержание глюкозы в крови и усиливает её потребление тканями. Кортизол является единственным фактором, который увеличивает транспорт глюкозы в центральную нервную систему через ГЭБ (см. раздел «Гуморальная система»). Нейроны способны получать энергию для своей жизнедеятельности, в отличие от клеток других тканей только из глюкозы. Поэтому недостаток глюкозы самым пагубным образом сказывается на функциях головного мозга. Основным симптомом недостаточной функции коры надпочечников являются жалобы на общую слабость, которая вызвана недостаточным питанием головного мозга.
Кроме того, кортизол подавляет процессы воспаления. Воспаление не только развивается при попадании в организм чужеродных агентов типа инфекции. Воспалительные очаги возникают постоянно в организме в результате распада тканей организма – естественного или же вызванного травматическими повреждениями.
Помимо адреналина, КРГ, АКТГ и кортизола в стрессорной реакции принимают участие и многие другие гормоны. Все они являются психотропными агентами, т.е. влияют на психику и поведение.
КРГ усиливает тревогу. Примечательно, что характером его влияния на тревогу является индукция (см. раздел «Гуморальная система»). АКТГ улучшает процессы памяти и уменьшает тревожное состояние. Этот гормон не индуцирует, а только модулирует психические процессы. Кортизол не только усиливает транспорт глюкозы в мозг, но и ещё, взаимодействуя непосредственно с нейронами, обеспечивает реакцию затаивания – одну из двух основных поведенческих реакций при стрессе (см. раздел «Психосоматотипы»). Адреналин не влияет на психику и поведение. Широко распространённое у неспециалистов представление о его влиянии на психику («Добавь адреналину в кровь!») ложно. Адреналин не проникает через ГЭБ, следовательно, не может влиять на работу нейронов.
Приятные ощущения, часто возникающие в результате стресса, вызваны группой других гормонов, которые называются эндогенными опиатами. Они связываются в мозге с теми же рецепторами, что и растительные опиаты, отсюда и название. К эндогенным опиатам относятся эндорфины (эндогенные морфины), синтезируемые в переднем гипофизе, и энкефалины (от encephalon – мозг), синтезируемые в гипоталамусе. Две основные функции эндогенных опиатов: анальгезия и эйфория.
Количественно стресс характеризуют тремя основными параметрами: чувствительностью, величиной реакции и устойчивостью. Чувствительность (значение порога реакции) и величина реакции – параметры всех реакций организма. Значительно интереснее и важнее третья величина, устойчивость, которая определяется скоростью, с которой система, в данном случае, стрессорная, возвращается к исходным параметрам после того, как стимул, вызвавший её активацию, перестал действовать. Именно низкая устойчивость стрессорной системы организма вызывает многочисленные нарушения его функций. При низкой устойчивости даже слабые стимулы вызывают неадекватно длительное напряжение стрессорной системы со всеми неблагоприятными последствиями: напряжение сердечно-сосудистой сисемы, торможение пищеварительной и репродуктивной функции. Устойчивость стрессорной системы не зависит от её чувствительности и величины реакции.
Поведение при стрессе характеризуется, так называемой, смещённой активностью. Поскольку стресс – это реакция на новизну, в ситуации, когда не удаётся отыскать ключевой стимул (см. раздел «Поведенческий акт»), а мотивация сильна, используется первая попавшаяся программа поведения. В этом случае человек или животное демонстрирует смещённую активность – поведение, явно неадекватное, т.е. которое никак не может удовлетворить актуальную потребность.
Смещённая активность имеет одну из следующих форм: мозаичная активность (фрагменты из разных поведенческих программ), переадресованная активность (например, семейное насилие) и собственно смещённая активность, при которой используется поведенческая программа другой мотивации (например, пищевое поведение при неприятностях на работе).
Одной из распространённых форм смещённой активности является груминг – поведение чистки кожных покровов (шерсти, перьев). По интенсивности груминга часто оценивают степень стресса в экспериментах и наблюдениях за животными. Груминг имеет большое значение и как реакция, уменьшающая последствия стресса (см. раздел «Неконтролируемый стресс и депрессия»).
^
Контрольные вопросы к теме 4.
1. Пищевая добавка «Антистресс» состоит из свободных аминокислот. Почему эта добавку рекомендуется использовать после стресса?
2. Какие другие фармакологические средства, рекомендуемые для предотвращения пагубных последствий стрессорных ситуаций, вам известны? Каков механизм их действия?
3. Что общего и какая разница между поведением женщины, расчесывающей волосы, и мужчины, почесывающим лысину? Для ответа используйте категории понятия «потребности», «гуморальные факторы», «гормоны», «стресс».
4. Зависит ли от гормонов тяга к экстремальным видам спорта? Если - да, то от каких?
6. Зависит ли от гормонов желание посещать парную в бане? Если - да, то от каких?
7. Какая разница между смещенной и переадресованной активностью?
8. Чем отличается переадресованная реакция от мозаичной?
9. Перечислите стрессорные гормоны.
10. Какие гормоны тормозят стрессорную реакцию?
1. Кокс Т. Стресс. - М.: Медицина, 1981
2. Селье Г. На уровне целого организма. - М.: Наука, 1972