Екологія організму людини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекція 1. Екологія людини як наука

Предмет, об'єкт і завдання екології людини

Місце екології людини в системі природничих і гуманітарних наук

Методи досліджень екології людини

Предмет, об'єкт і завдання екології людини

Екологія людини як міждисциплінарна наука, що досліджує взаємовпливи природи і людської популяції з метою поліпшення стану здоров'я, підвищення соціально-трудового потенціалу людини, зародилася майже одночасно з класичною біологічною екологією. Однак інтерес людини до того, що відбувається в навколишньому світі і як це впливає на її здоров'я, виявився значно раніше - тоді, коли вона сформувалася як мисляча істота. З часом знання про взаємозв'язки у природі, вплив зовнішніх чинників на самопочуття, здоров'я і розвиток людства були систематизовані, осмислені, збагачені результатами різноманітних експериментів та синтезовані в науковий напрям, який поєднує набутки природничих (астрономія, геологія, географія, фізика, хімія, біологія, медицина та ін.), соціальних, філософських і економічних галузей наукової діяльності.

Людина є складною, самоорганізованою, саморегульованою системою, функціонування якої значною мірою залежить від її взаємодії із зовнішнім середовищем. У глобальному вимірі людина як вищий рівень живих організмів належить до біосфери (грец. bios- життя і sphaira- шар) - оболонки Землі, де існує життя. На неї поширюються всі закономірності функціонування біосфери та організмів, що її заселяють, із змінами біосфери пов'язаний розвиток суспільства, а також глобальні і локальні загрози людському життю.

Водночас людина є елементом екосистеми - сукупності (єдиного комплексу) організмів і умов їх існування, неживих компонентів довкілля (атмосфера, ґрунтовий покрив, водойми), що перебувають у взаємозв'язках і взаємодії, внаслідок яких відбувається біотичний (грец. bios - життя) кругообіг (обмін) речовин та енергії. Утворюють екосистему організми і весь комплекс фізичних факторів. Вони можуть бути стійкими (зберігатися тривалий час) і короткостроковими (наприклад, штучні водойми).

Середовище функціонування людини охоплює не лише природні, а й техногенні і соціокультурні елементи. Це означає, що її життєдіяльність відбувається в антропоекосистемі, якою, як правило, вважають однорідно заселений (за визначеними критеріями) простір, котрому властиві однорідні для певного часу форми взаємодії людей із довкіллям. Антропоекосистему формують такі компоненти і процеси: природа, її забрудненість, населення, його культура, рівень освіти, здоров'я, екологічна свідомість, соціально-побутові умови життя, господарська діяльність та ін.

Людина не є пасивною, цілком залежною від зовнішнього середовища істотою. Завдяки своїй унікальній тілесно-душевній організації вона спромоглася піднятися над світом тварин, стала суспільною особистістю, здатною планомірно і цілеспрямовано діяти, змінюючи навколишній світ, своє життя і власну сутність. Духовно-культурне панування над природою (одночасно із залежністю від неї) вирізняє людину з-поміж живих істот, робить її творцем свого життя, його матеріальних, духовних і культурних реалій. Крім того, людина здатна відокремлювати значуще, ціннісне від корисного, доцільного, функціонального, що збагачує особливим змістом її життя і форми взаємодії з довкіллям.

Створення людиною реалій свого матеріального буття, утвердження духовних цінностей відбувалося у процесі і завдяки пізнанню, використанню нею природних закономірностей, тому людські творіння значною мірою повторюють витвори природи. Усе глибше пізнаючи її закономірності, використовуючи її потенціал задля своїх цілей, людина не завжди діяла виважено, завдавала шкоду довкіллю і собі. Навчити людину усвідомлювати себе невід'ємним елементом природного світу, враховувати і раціонально, без негативних наслідків, використовувати його закономірності і взаємозалежності покликана галузь екологічної науки - екологія людини (антропоекологія).

Екологія (грец. oikos- дім, родина і logos - слово, вчення) людини - міждисциплінарна наука, яка досліджує загальні закономірності взаємодії людини, популяції людей з довкіллям, вплив факторів зовнішнього середовища на функціонування людського організму, цілеспрямоване управління збереженням і поліпшенням здоров'я населення.

В екології людини акумульовані надбання багатьох природничих і суспільних наук, внаслідок синтезу яких вона сформувалася в багатовимірну галузь знань, своєрідну філософію гармонійного буття людини у світі. Головна особливість екології людини полягає у виокремленні із загального контексту екології, охорони природи найскладнішого елемента - людини, в дослідженні різноманітних впливів на неї (природного, техногенного, культурного середовища), законів і закономірностей гармонійного буття людини у світі. З цього погляду для екології людини значний інтерес становлять стан і процеси, що відбуваються у біосфері, зокрема у техносфері - сукупності створених цілеспрямованою діяльністю людини штучних і змінених нею природних об'єктів.

Екологія людини не обмежується дослідженням проблематики довкілля, збереження оптимальних параметрів природного, культурного, техногенного середовищ, а постає як синтез знань про людину і все, що її оточує, їх взаємозв'язки і взаємовпливи, збагачує антропогенними принципами інші галузі знань і людської діяльності.

Предметом екології людини як науки є вивчення взаємодії людського організму і людської популяції із середовищем їх існування як цілісної системи, а об'єктом дослідження цієї науки - система «людина - навколишнє середовище (довкілля)». Людина при цьому фігурує на рівні окремого організму і на рівні популяції, а середовище охоплює природні, культурні, техногенні компоненти.

Сферою науково-практичних інтересів екології людини є також адаптація (лат. adaptio- пристосування) - пристосування організму на індивідуальному і популяційному рівнях до умов зовнішнього середовища, вироблене в процесі еволюційного розвитку. Людина (популяція) піддається незвичним впливам природних, економічних, соціально-культурних, психологічних факторів, що позначаються на її здоров'ї. У зв'язку з цим екологія людини трактує адаптованість до нових умов як сукупність соціально-біологічних параметрів, необхідних для стійкого існування організму в конкретному екологічному середовищі. Адаптивні можливості індивіда і популяції виявляються в реальних умовах, які утворюють антропоекологічне напруження - проблеми організму людини, спричинені дією факторів зовнішнього середовища. Його чинниками є соціально-психологічна, виробнича, побутова напруженість, гіпокінезія (порушення функцій організму внаслідок обмеження рухової активності), неправильне харчування, забруднення води і повітря, посилення шумів тощо.

Дослідження впливу цих факторів на людину є передумовою вироблення науково обґрунтованої екологічної політики, яка повинна охоплювати соціально-економічні, технологічні, технічні, інформаційно-виховні, організаційні та інші напрями діяльності, спрямованої на розвиток фізичних і психічних можливостей людини, її здатності вдосконалюватися, жити у злагоді з собою і світом природи. Реалізація цього завдання неможлива без виконання екологією людини певних функцій:теоретико-пізнавальної (нагромадження, систематизація, узагальнення знань про закономірності взаємодії людини і довкілля; вироблення науково обґрунтованих висновків, прогнозів стосовно змін у природі внаслідок певної діяльності або бездіяльності людини, рекомендацій про доцільність чи недоцільність конкретних заходів); інформаційної (інформування суспільства про процеси і явища у природі, форми і способи раціональної поведінки людини); просвітницької (реалізація просвітницьких програм, акцій); практично-перетворювальної (реалізація на основі науково обґрунтованих прогнозів і рекомендацій конкретних заходів щодо збереження, оздоровлення довкілля, оптимізації поведінки людини в ньому); соціальноекономічного контролю (цілеспрямований аналіз ситуацій, обґрунтування суспільних норм, забезпечення функціонування механізмів контролю за їх реалізацією); організаційно-управлінської (організація, аналіз, коригування процесів) та ін.

Головні завдання екології людини полягають в аналізі впливу факторів довкілля на людський організм, впливу людини на довкілля, прогнозуванні можливих змін у параметрах рівня здоров'я людей під дією зовнішніх факторів, виробленні науково-обґрунтованих нормативів їх життєзабезпечення з урахуванням прогнозів антропоекологічного напруження. Не менш значущими є і такі завдання:

§ вивчення стану здоров'я людей, їх соціально-трудового потенціалу, впливу факторів, комплексів середовища на здоров'я і життєдіяльність населення;

§ прогнозування можливих змін у здоров'ї людей внаслідок процесів, що відбуваються у зовнішньому середовищі;

§ прогнозування стану здоров'я майбутніх генерацій;

§ створення антропогенетичного моніторингу - системи спостережень за змінами процесів життєдіяльності людей у зв'язку з дією на них різних факторів довкілля, а також дослідження і оцінювання його умов, що впливають на здоров'я населення і зумовлюють поширення захворювань;

§ визначення науково обґрунтованих значень гранично допустимих техногенних навантажень на природне середовище;

§ вивчення впливу окремих факторів середовища і їх комплексів на здоров'я і життєдіяльність популяцій людини;

§ дослідження процесів збереження і відновлення здоров'я людських популяцій;

§ аналіз глобальних і регіональних екологічних проблем, які зумовлюють стан здоров'я людини;

§ вироблення нових методів дослідження екологічних факторів впливу на здоров'я людини (космічних, біохімічних та ін.);

§ аналіз і обґрунтування шляхів поліпшення рівня здоров'я і соціально-трудового потенціалу населення.

До сфери інтересів екології людини належить не лише нагромадження природничих, медичних, соціально-економічних знань, які стосуються життя людини. У її компетенції й організація морального, духовного виховання людини, спрямованого на усвідомлення нею своєї ролі в навколишньому природному середовищі. Філософське бачення людини як міри всіх речей має домінувати при вирішенні найважливіших проблем життя на землі. Водночас, долаючи корінні проблеми свого буття, людина повинна дбати про збереження рівноваги в природі, цілісності її систем. У цьому контексті екологія людини покликана розв'язувати двоєдине завдання: актуалізувати необхідність врахування під час реалізації будь-яких проектів потреб людських спільнот, окремої людини і зберігати цілісність природного середовища, що є передумовою оптимального функціонування багатокомпонентної і динамічної системи «людина - суспільство - природне середовище», екологічної безпеки людства.

Синтезуючи знання медичної географії - науки, що вивчає залежність стану здоров'я від спричинених неоднорідністю географічної оболонки Землі особливостей території; гігієни довкілля - науки, що переймається медико-білогічними аспектами охорони довкілля; демографії - галузі знань про народонаселення (географічний розподіл і склад, залежність складу населення від соціально-економічних факторів, процеси відтворення і зменшення його чисельності: народжуваність, смертність, тривалість життя); соціоекології - науки, яка досліджує природне середовище у його взаємозв'язках, взаємозалежностях із суспільством, процесами, що відбуваються в ньому, та інших галузей знань, екологія людини за предметом, об'єктом, проблемною сферою значно ширша, складніша від кожної з них, що свідчить про її унікальність й особливу пізнавально-практичну роль.

Місце екології людини в системі природничих і гуманітарних наук

Екологія людини, досліджуючи взаємодію людини як біосоціальної істоти з навколишнім світом, зв'язки між станом довкілля і здоров'ям людського організму, соціально-трудовим потенціалом суспільства, черпає відомості з різноманітних галузей природничих і соціальних знань, збагачуючи і їх результатами своїх пошуків.

На стан людського організму, як відомо, впливають різні, в т.ч. й абіотичні (властиві неживій природі; фізичної, хімічної дії) фактори. Цим спричинений інтерес екології людини до астрономії - науки про будову Всесвіту і його вплив на Землю; геології - науки про внутрішню будову і розвиток Землі та процеси геодинаміки; фізики - галузі знань, яка вивчає функціонування фізичних полів землі та їх вплив на організм людини; хімії - науки про речовини, їхній склад, будову і властивості; географії - науки, яка допомагає пізнати зміни ландшафтної оболонки Землі у взаємозв'язку зі змінами н житті людини; кліматології - науки, знання якої дають змогу пізнати причини і закономірності змін клімату на нашій планеті, вплив їх на живі організми і вплив господарської діяльності людини на ці процеси.

Прямим і безпосереднім є зв'язок екології людини з науками, які досліджують життєдіяльність організмів. Біологія збагачує її загальними знаннями про живу природу, про суть життя, методи освоєння й охорони природи відповідно до потреб людини; анатомія людини - про будову людського організму, його органів і систем у зв'язку з їхніми функціями і розвитком; фізіологія людини - про процеси, що відбуваються в людському організмі, та їх закономірності; психологія - про психічні процеси, зумовлені впливом кліматичних, техногенних та інших факторів; медицина - про наукову і практичну діяльність, спрямовану на збереження і зміцнення здоров'я людини, продовження її життя.

Оскільки людина є суспільною істотою, її розвиток і культура взаємозв'язків зі світом, у т.ч. і світом природи, зумовлювалися процесами цивілізаційного розвитку (станом науки, матеріальної і духовної культури в усіх її проявах тощо). У цьому сенсі для екології людини важливі знання історії, яка вивчає розвиток суспільства і його закономірності; філософії - науки про форми людської свідомості, яка виробляє цілісний погляд на світ і місце людини в ньому, ставлення людини до світу;соціології - науки про суспільство, його структурні утворення і закономірності їх взаємодії, соціальні відносини і соціальні процеси, людину як одного із суб'єктів цих процесів і відносин;релігієзнавства - науки, яка досліджує суспільно-історичну природу релігії, механізм її соціальних зв'язків з політичними, економічними, духовними системами суспільств, особливості їх впливу на віруючих, та інших галузей знань. Кожна з них під особливим кутом зору розглядає сутність людини, процеси і закономірності її буття у світі, взаємозв'язки зі світом, дає змогу пізнати і зрозуміти взаємозалежності матеріального, соціального, духовного розвитку цивілізації, взаємовпливи природних і соціальних факторів. Без цих знань екології людини важко було б знайти відповіді на багато актуальних питань.

Тісними є зв'язки екології людини з багатьма галузями екологічних знань, наукові відкриття яких дають змогу пізнати явища, процеси, закономірності, що відбуваються в усіх сферах Всесвіту, їх вплив на природне середовище, де живе людина, і на саму людину. Проблематика екології людини у багатьох аспектах (екологія організму, екологія спільноти, екологія екосистем) споріднена з проблематикою загальної екології. Поширюються на неї і такі теоретичні положення загальної екології, як принципи спільної дії факторів, розміщення видів в екологічному просторі та ін. Однак екологія людини аналізує реалії з антропоекологічних позицій. Якщо загальна екологія в основному зосереджена на універсальних процесах і тенденціях у природі, то екологія людини концентрується і на соціально-економічних відносинах, людино-біологічній проблематиці і навіть на питаннях психології та культури.

Геохімічна екологія забезпечує екологію людини знаннями про вплив геохімічних факторів на людський організм, його потребу в хімічних елементах, максимальні і мінімальні їх концентрації, способи потрапляння їх в організм, про обмін речовин і енергії; глобальна екологія, яка вивчає всю біосферу, - про антропогенні (зумовлені діяльністю людини) зміни довкілля; інженерна екологія - про міру доцільності господарської діяльності людини в довкіллі; ландшафтна екологія - про особливості пристосування живих організмів до конкретного географічного середовища; радіаційна екологія - про вплив радіоактивних речовин на екосистему, живі організми, зокрема на організм людини; соціальна екологія - про закономірності взаємовідносин суспільства і природного середовища; економічна екологія - про взаємовпливи екологічних факторів та економічної діяльності людини та ін.

Результати досліджень у будь-якому напрямі кожної галузі екологічних знань мають непересічну цінність для екології людини, оскільки дають змогу пізнати явища, процеси, що відбуваються у природі, простежити вплив на них антропогенних факторів, спрогнозувати, побачити ризики для здоров'я людини, змоделювати адекватні ситуації профілактичні заходи.

Методи досліджень екології людини

Екологія людини як міждисциплінарна і водночас сконцентрована на чітко окресленій, конкретній проблематиці наука у своїх дослідженнях послуговується і загальнонауковими (ґрунтуються на філософських, загальнонаукових принципах), і специфічними (властивими певній галузі наукової діяльності) методами (способами) пізнання дійсності.

До загальнонаукових належать методи емпіричного дослідження (спостереження, вимірювання, порівняння), а також емпірико-теоретичні (абстрагування, аналіз і синтез, індукція і дедукція, аналогія, моделювання), теоретичні (сходження від абстрактного до конкретного, прогнозування, системний) методи.

Найвикористовуванішим специфічним методом дослідження екології людини є антропоекологічний моніторинг (лат. monitor- спостереження) - система спостережень за змінами процесів життєдіяльності людей у зв'язку з дією на них факторів довкілля, а також спостереження і оцінювання умов середовища, які негативно впливають на здоров'я населення, зумовлюють поширення захворювань.

При антропоекономоніторингу найчастіше вдаються до непомітного, спеціально організованого спостереження за реальним об'єктом. Експеримент при цьому мало-використовуваний, оскільки пов'язаний з ризиками для здоров'я. Певну інформацію дають опитування, тести, однак отримані від респондентів відомості часто містять багато суб'єктивного, що потребує додаткової їх перевірки. Для отримання максимально об'єктивних відомостей необхідно паралельно використовувати різноманітні методи досліджень.

З огляду на багатоманітність і складність взаємодії суспільства, людини з довкіллям екологія людини зводить до мінімуму використання дедуктивних (вибудовування висновків від загального до часткового) моделей, які значною мірою підпадають під вплив суб'єктивних уподобань, надаючи перевагу всебічному аналізу ситуації на основі різнобічної об'єктивної інформації.

Активно використовують у вивченні впливу середовища на здоров'я населення методи математичної статистики: оброблювання варіаційних рядів з визначенням математичного очікування, дисперсії, середньоквадратичного відхилення, отримання інтенсивних і екстенсивних показників для порівняння груп людей, які піддавались впливу різних шкідливих умов довкілля, тощо.

Вибір методу дослідження залежить від геокліматичних умов, у яких воно відбувається, завдань, які повинно вирішувати, особливостей досліджуваної проблеми тощо. Для отримання об'єктивних даних доводиться поєднувати різноманітні методи і методики, кількома способами перевіряти отримані результати.

Залежно від наукових уподобань, методологічних засад сформувалися два основні напрями досліджень проблем екології людини:

1) медико-біологічний, що вивчає вплив природних факторів на людину, способи запобігання, протидії їм;

2) міждисциплінарний (комплексний), який, крім природних, бере до уваги і соціокультурні чинники.

Більшість дослідників, спеціалістів сходиться на необхідності використання різноманітних способів отримання даних, методів їх аналізу, врахування усіх чинників впливу на людину, вивчення якомога більшої кількості форм взаємодії зі світом, схиляючись таким чином до комплексних методів пізнання людини і її буття у світі.

Екологія людини є молодою наукою, предметна сфера, дослідницький апарат, методологія, теоретичні засади якої перебувають у процесі формування. В останні десятиліття вона розвивається особливо динамічно, що зумовлено появою нових викликів і загроз людству.

Спостереження і висновки цієї науки спонукають людину задуматися над тим, що її нераціональні, нерозсудливі дії в природі шкодять не тільки конкретному об'єкту (водоймищу, дереву, повітрю тощо), а і є загрозою її здоров'ю, життю, безпеці людства. Наслідки такої діяльності можуть століттями переслідувати її нащадків, руйнуючи генетичний код, провокуючи згубні мутації. Усвідомлюючи це, людство здобуло в собі сили для того, щоб піднятися над власними інстинктами, задоволенням егоїстичних пристрастей, розширило бачення світу і себе в ньому до планетарного, всесвітнього масштабу. Такі відчуття і міркування є платформою і основним ресурсом культури людства постіндустріальної епохи, яке починає усвідомлювати переваги і ризики глобалізованого світу. У зв'язку з цим екологія людини як наука акумулює не лише екологічні, технологічні знання, а й ідеї, принципи з різноманітних сфер пізнавальної, дослідницької діяльності людини, зосереджує в собі тривоги людства за своє буття і майбутнє.



Лекція 2. Внутрішнє середовище організму

Основні поняття фізіології

Об'єм, склад та функції крові

Формені елементи крові

Транспорт газів кров'ю

Групи крові

Лейкоцити

Основні поняття фізіології

Живий організм є цілісною системою, здатною до самоорганізації і саморегуляції.

Живі системи всю свою вільну енергію витрачають, на підтримання стану функціональної активності, рівень якої визначається конкретними формами взаємодії із зовнішнім середовищем. Розрізняють два види функціональної активності: збудження і гальмування. Крім того, виділяють щестан фізіологічного спокою - відсутність зовнішніх ознак специфічної функції (скорочення м'язів, секреції тощо).

Фізіологічна система - це певна сукупність органів і тканин з власними механізмами нейрогуморальної регуляції, які забезпечують здійснення певної функції організму.

Розрізняють такі фізіологічні функції: кровообіг, дихання, травлення, виділення, обмін речовин та енергії, терморегуляцію, гомеостаз, інтегративну функцію нервової системи тощо. Залежно від виконуваних функцій фізіологічні системи поділяють на сомато-сенсорні (нервова, опорно-рухова, сенсорна) і вісцеральні (внутрішні органи). Фізіологічні системи функціонують, як правило, у взаємодії одна з одною.

Усі системи організму мають таку властивість, як подразливість, тобто здатність під впливом подразнення переходити від стану фізіологічного спокою до стану активності (збудження).Подразнення - це вплив на живу тканину різних подразників - чинників зовнішнього або внутрішнього середовища, під впливом яких виникає активна реакція живої системи. За своїм біологічним значенням усі подразники поділяють на адекватні та неадекватні. Адекватні - це такі подразники, внаслідок дії дуже малої енергії подразнення яких живий утвір реагує зміною специфічної активності. Неадекватними є подразники, до яких немає спеціалізованих органів чуття.

Мінімальну силу подразнення, під впливом якої виникає специфічна реакція, називають пороговою.Силу подразнення, що викликає найбільшу реакцію живої системи, називають максимальною, а вище максимальної - понад максимальною. Силу подразнення від порогової до максимальної називають субмаксимальною. Чим нижчий поріг сили, тим вища збудливість живої системи, тобто її здатність відповідати на подразнення збудженням.

Збудження має низку ознак, одні з яких, неспецифічні, є загальними для будь-якої живої тканини, а інші, специфічні, залежать від виду тканини. До неспецифічних ознак збудження належать фізико-хімічні та хімічні реакції, які відбуваються у будь-яких збудливих утворах і пов'язані з виділенням електричної, теплової чи променевої енергії. До специфічних ознак належать функціональні реакціїживої тканини, наприклад секреція, скорочення, виділення медіатору тощо.

Активним процесом, протилежним збудженню, є гальмування, яке виявляється в ослабленні чи припиненні активності живої системи.

Генерацію електричних потенціалів здійснюють збудливі утвори - нервові, м'язові, залозисті клітини, які здатні у відповідь на дію подразника генерувати потенціали дії. В основі цих потенціалів лежить зміна проникності клітинної мембрани для певних йонів.

Мембрана клітини складається з ліпідів, білків і мукополісахаридів. Двомолекулярний шар ліпідів є матриксом мембрани. Білки, розміщені у цьому матриксі, утворюють канали для води та іонів, формують іонні насоси та рецептори, що сприймають дію фізіологічно активних речовин (медіаторів, гормонів) на клітину. Внаслідок різної проникності мембрани до К⁺, Na⁺ і СІ- концентрація їх зовні і всередині клітини є різною, що зумовлює трансмембранну різницю потенціалів між цитоплазмою клітини і зовнішнім середовищем. Отже, кожна збудлива клітина електрично поляризована, тобто має на мембрані певний електричний заряд, який називають мембранним потенціалом спокою (МПС).

Градієнти концентрацій К⁺, Na⁺, СІ- і Са²⁺ по обидва боки клітинної мембрани створюються і підтримуються спеціалізованими молекулярними структурами, які називають мембранними іонними насосами. Такі насоси використовують для своєї функції енергію, що вивільняється під час ферментативного розщеплення АТФ.

Під час подразнення клітини відбувається зменшення МПС (деполяризація). За незначної деполяризації мембрани (20-30 мВ) виникає локальний потенціал. Якщо локальний потенціал досягає критичного (порогового) рівня деполяризації, він перетворюється на потенціал дії.Потенціал дії (ПД) - це швидке негативне коливання МПС, здатне поширюватися нервовими волокнами зі швидкістю до 120 м/с.

Фізіологічні системи можуть працювати незалежно одна від одної (наприклад, робота серця й секреція травних соків), а можуть бути досить чітко синхронізованими або узгодженими між собою (наприклад, системи кровообігу та дихання).

Багатьом фізіологічним системам організму властиве явище саморегуляції. Саморегульована система має власні автоматичні механізми керування функціями, що ґрунтуються на принципі зворотного зв'язку. Таким чином, сталість внутрішнього середовища організму (гомеостаз)забезпечується саморегуляцією хімічного складу і фізико-хімічних властивостей крові, лімфи, тканинної рідини. В органах, яким властивий автоматизм (серце, шлунок, кишки), існує своя, автономна саморегуляція.

Гуморальний механізм регуляції функцій є еволюційно найдавнішим. Він здійснюється за допомогою хімічних речовин, які переносяться кров'ю, лімфою, тканинною рідиною. Хімічними регуляторами можуть бути й речовини, що надходять до організму разом з продуктами харчування, через дихальні шляхи, шкіру; неспецифічні продукти обміну речовин (наприклад, СО₂, що збуджує дихальний центр); деякі специфічні продукти обміну речовин клітин: медіатори (адреналін, ацетилхолін тощо), гормони.

Нервовий механізм регуляції еволюційно молодший. Він відрізняється від гуморального тим, що його сигнали поширюються нервовими волокнами з досить великою швидкістю (від 0,5 до 120 м/с), а також здатністю до вузького спрямування дії (до однієї тканини, органа чи системи).

Основним механізмом нервової регуляції є рефлекс (реакція організму на дію подразників зовнішнього чи внутрішнього середовища, яка здійснюється через нервову систему). Безумовні рефлекси - це природжена відповідь організму на подразнення, яка звичайно здійснюється через ЦНС; вони є сталими. Морфологічним субстратом таких рефлексів є рефлекторна дуга, що складається з рецептора, чутливих, рухових та вставних нейронів і виконавчого органа (ефектора).Умовні рефлекси є непостійними, виробляються у процесі життя, забезпечують пристосування до умов зовнішнього середовища, замикаються на рівні кори півкуль головного мозку.

Крім центральних рефлексів, здійснюваних через різні рівні ЦНС, є також периферичні рефлекси,рефлекторна дуга яких замикається у периферичних вузлах автономної нервової системи.

Безумовні рефлекси утворюють нижчу нервову діяльність, яка забезпечує здійснення цілої низки як простих (згинальний або ковтальний рефлекси), так і складних (крокувальний рефлекс, підтримання пози тіла тощо) рухових рефлексів, а також регуляцію функцій внутрішніх органів. З іншого боку, умовні рефлекси та інстинкти, що виявляються у формі поведінкових реакцій, є елементами вищої нервової діяльності тварин та психічної діяльності людини.

Об'єм, склад та функції крові

Кров, лімфу і тканинну рідину об'єднують під назвою внутрішнє середовище організму. Усі клітини тіла обмиває лише тканинна рідина. Кров і лімфа перебувають у судинах відповідно кровоносної та лімфатичної систем і безпосереднього контакту з клітинами тканин не мають.

Між кров'ю, тканинною рідиною і лімфою існує тісний взаємозв'язок. Тканинна рідина утворюється з крові шляхом фільтрації плазми крізь стінку кровоносних капілярів. За добу у людини профільтровується близько 20 л тканинної рідини. У венозному кінці капілярів та у венулах відбувається зворотний процес - реабсорбція тканинної рідини. З певних причин реабсорбується в кровоносне русло 89-90 % тканинної рідини, а решта (приблизно 2-3 л за добу) профільтровується в лімфатичні капіляри. Ця рідина - лімфа - повільно тече в лімфатичних судинах, які зливаються у дві грудні протоки, і потрапляє у вени. Таким чином відбувається кругообіг позаклітинних рідин тіла.

Кров, як і лімфа та тканинна рідина, належить до неньютонівських, тобто до неоднорідних, рідин. Кров є суспензією клітин крові в рідкій фазі - плазмі крові. Основну масу клітин крові складають еритроцити, об'єм яких відносно об'єму плазми крові становить майже 40-46%, Цей показник називають гематокритним числом (гематокритом).

Лімфа містить невелику кількість (1 000-20 000 в 1 мкл) лімфоцитів, а тканинна рідина - різних форм лейкоцитів, що мігрують із капілярів у міжклітинний простір.

Об'єм крові у людини становить 4-6 л, або приблизно 7% маси тіла. Об'єм позаклітинної рідини у людини становить 13-14 л. Якщо від цього об'єму відняти об'єм плазми крові, то дістанемо об'єм тканинної рідини - 10 л. Об'єм лімфи, як уже згадувалося, становить 2-3 л.

Хімічний склад. Кров - це рідка сполучна тканина, що на 82% складається з води: 90-92% - у плазмі крові і 71% - в еритроцитах. До складу плазми крові входять органічні (7-9%) та неорганічні (до 1%) речовини.

Що стосується еритроцитів, то основну масу їх сухого залишку становить білок гемоглобін (НЬ) - 30-36%. Серед органічних складових слід назвати білки (елінін, строматин) та ліпіди строми еритроцитів, ферменти (вугільна ангідраза, холінестераза, пептидази, гліколітичні ферменти).За неорганічним складом цитоплазми еритроцити близькі до інших клітин тіла, але порівняно з нейронами в їхній цитоплазмі значно більше іонів хлору та гідрогенкарбонату.

Білки плазми крові, як і будь-які інші білки, - це макромолекули діаметром від 1 до 100 нм, що утворюють несправжні, або колоїдні, розчини. За електрофоретичною рухливістю їх поділяють на альбуміни та глобуліни; а останні ще на кілька фракцій.

Альбуміни становлять близько 60 % білків плазми крові, це відносно низькомолекулярні білки, їх молекулярна маса (М) близько 70 кД. Альбуміни виконують транспортну функцію (зв'язують і переносять тироксин, білірубін, солі важких металів, деякі лікарські речовини), а також осморегуляторну - підтримують сталість онкотичного тиску.

Глобуліни поділяють на 5 фракцій: б₁--, б₂--, в--, г- глобуліни та фібриноген. Молекулярна маса глобулінів коливається від 40 до 20 000 кД.

Фібриноген (М = 340 кД) у процесі згортання крові переходить у нерозчинну форму і, випадаючи в осад у вигляді ниток фібрину, утворює тромб. У плазмі крові міститься 3-4 г/л (300-400 мг%) фібриногену.

Ліпіди. Рівень ліпідів у плазмі крові становить 4-8 г/л (400-800 мг%). До них належать крімнейтральних жирів також жирні кислоти, холестерин, жовчні кислоти та їхні солі, фосфоліпідитощо. Здавалося б, така велика кількість нерозчинних у плазмі ліпідів повинна утворювати досить густу емульсію, проте цього не відбувається завдяки тому, що переважна кількість ліпідів перебуває в складі водорозчинних ліпопротеїдів. в плазмі крові представлені переважно глюкозою, вміст якої в стані спокою організму коливається в межах 4,5-6,5 ммоль/л. Крім глюкози в плазмі крові є в дуже невеликих кількостях фосфорні ефіри глюкози та продукти її обміну - молочна й піровиноградна кислоти.

Тканинна (позаклітинна) рідина за більшістю компонентів мало відрізняється від плазми крові. Виняток становлять білки та іони кальцію, концентрація яких у тканинній рідині знижується відповідно до 18-20 г/л (1,8-2 %) та 1-1,5 ммоль/л (4-6 мг%).

Лімфа також значною мірою повторює склад плазми крові. Склад тканинної рідини і лімфи істотно залежить від тих органів і тканин, де ці рідини утворюються. Наприклад, у лімфі, що відтікає від печінки, білків у 4-5 разів більше, ніж у лімфі, що відтікає від нижніх кінцівок. У лімфі також є лімфоцити, причому основна їх маса надходить до лімфи з лімфатичних вузлів.

Функції. Функції крові, лімфи і тканинної рідини розподіляються певним чином. Кров і лімфа виконують транспортну функцію: кров транспортує поживні речовини й кисень до тканин, кінцеві продукти обміну речовин до органів виділення, а лімфа переносить ліпіди (від кишок) та білки (від печінки) у кров. Тканинна рідина, здійснюючи безпосередній контакт з усіма клітинами тіла, забезпечує обмін речовин між клітинами, кров'ю і лімфою. Розглядаючи детальніше, серед функцій крові можна виділити такі: дихальну, поживну, видільну, захисну, регуляторну, гомеостатичну, терморегуляторну.

Дихальна функція крові полягає в перенесенні кисню та вуглекислого газу між органами дихання і тканинами тіла.

Поживна функція. Кров забезпечує надходження до клітин тіла поживних, тобто енерговмісних органічних речовин від травного каналу або депонуючих органів - печінки, підшкірної жирової тканини (в разі ендогенного живлення під час голодування).

Видільна функція крові полягає у перенесенні від тканин тіла до органів виділення - нирок, легень, печінки, шкіри - непотрібних і шкідливих речовин, надлишку води, мінеральних солей тощо. Ці речовини утворюються в клітинах тіла як кінцевий продукт обміну речовин чи результат їх діяльності або потрапляють до організму разом з їжею і питною водою.

Захисна функція крові здійснюється в кількох напрямках. По-перше, це захист організму від інфекційних захворювань - імунітет, який забезпечується фагоцитозом і виробленням антитіл. По-друге, знищення всіх мутантних клітин власного організму, які можуть утворитись під час поділу клітин. Це також функція імунітету. По-третє, захист від крововтрати при пораненнях судин підтримується системою згортання (коагуляції) крові.

Регуляторна функція крові полягає в перенесенні гормонів та інших фізіологічно активних речовин від місця їх утворення (залози внутрішньої секреції, деякі тканини) до клітин усіх органів і тканин організму, на мембрані яких є відповідні рецептори до певних фізіологічно активних речовин.

Гомеостатична функція. Кров забезпечує сталість внутрішнього середовища організму(гомеостаз), необхідну для нормального функціонування його клітин і тканин, шляхом вмикання певних стабілізувальних систем. Гомеостатичні системи підтримують сталість таких показників внутрішнього середовища, як рН, осмотичний тиск, співвідношення іонів, концентрація глюкози тощо, причому йдеться не про абсолютну сталість кожного з показників, а про відносну, динамічну сталість. У процесі життєдіяльності організму кров, лімфа і тканинна рідина зазнають певних змін, і гомеостатична функція полягає в тому, щоб коригувати ці зміни, не допускати небезпечних для життя відхилень показників внутрішнього середовища.

Терморегуляторна функція, по суті, також належить до гомеостатичної функції, проте через особливості процесу терморегуляції та виняткової ролі в ньому крові розглядається окремо. Терморегуляторна функція крові полягає в тому, що кров як водний розчин має виключно високу теплоємність і завдяки цьому мало змінює свою температуру в разі її нагрівання чи охолодження, тобто кров відіграє термостабілізувальну роль. Крім того, кров переносить тепло між органами, запобігаючи перегріванню теплопродукуючих органів і надмірному охолодженню органів, що віддають тепло назовні.

Формені елементи крові

Серед формених елементів крові розрізняютьеритроцити (червоні кров'яні тільця), лейкоцити (білі кров'яні тільця) і тромбоцити (кров'яні пластинки). Об'єм клітин крові у людини становить 40-46 % загального об'єму крові і залежно від кількості води в організмі може коливатись у межах 30-60 % --гематокритне число (гематокрит).

Еритроцити

Еритроцити відрізняються від інших клітин крові наявністю в них кров'яних пігментів, які забезпечують дихальну функцію крові.

Форма еритроцитів. Серед гомойотермних тварин еритроцити птахів мають сферичну форму і ядро, а у ссавців, крім лами, верблюда та оленя, еритроцити втратили ядро і набули форми двоввігнутих дисків. Завдяки такій формі еритроцити ссавців мають дещо більшу поверхню, ніж сферичні еритроцити, а головне, сплощення еритроцитів зменшує шлях дифузії кисню до центру еритроцита (максимальна відстань будь-якої точки еритроцита людини до його поверхні не перевищує 1,8 мкм). Усе це якнайкраще сприяє повнішому і швидшому насиченню гемоглобіну еритроцита киснем. Ще одна важлива перевага без'ядерних еритроцитів ссавців - вони споживають у 1,5-2 рази менше кисню, ніж еритроцити з ядром.

У людини нормальною вважається кількість еритроцитів 4,5-5 млн. в 1 мкл крові, діаметр еритроцитів у середньому становить 7,5 мкм (6-9 мкм).

Тривалість життя еритроцитів людини - 100-120 днів. У міру старіння їхня еластичність зменшується, вони руйнуються і фагоцитуються мононуклеарними фагоцитами (ретикулоендотеліальними клітинами) печінки, селезінки та інших органів. На зміну відмерлих у червоному кістковому мозку з ядерних стовбурових клітин утворюються нові еритроцити, проходячи кілька стадій і втрачаючи при цьому ядро. За 1 хв. утворюється близько 150 млн. еритроцитів і стільки ж відмирає, тобто за добу поновлюється майже 1 % усіх еритроцитів. При різних патологічних станах, наприклад у разі зниження міцності мембрани еритроцитів, дефіциту заліза, тривалої кровотечі, ослаблення чи посилення кровотворної функції кісткового мозку, баланс між процесами утворення еритроцитів (еритропоез) та їх руйнуванням порушується і кількість еритроцитів у крові зменшується - розвивається анемія - або навпаки, зростає понад норму -поліцитемія.

Еритропоез - це складний процес, що регулюється комплексом гуморальних факторів. Так, при крововтратах або в умовах низької напруги кисню в крові з'являється глікопротеїд еритропоетин,який стимулює еритропоез.

Основна функція еритроцитів - транспорт газів крові: кисню і вуглекислого газу - здійснюється завдяки наявності в еритроцитах усіх хребетних дихального пігменту крові гемоглобіну.

Гемоглобін - це складний білок. В крові його 14-16%, а в окремому еритроциті 32%.

Молекула Нb складається з двох частин: білка -- глобіну (96% маси молекули) і небілкової частини -- гема. До складу гема, яких є 4 в молекулі Нb, входить атом заліза, здатний приєднувати і віддавати О₂.

Транспорт газів кров'ю

Транспорт кисню.

Кисень приєднується у молекулі гемоглобіну до атома феруму за допомогою слабких координаційних зв'язків, утворюючи оксигемоглобін (НЬО₂). Оскільки ферум при цьому не змінює валентності, то цей процес прийнято називати оксигенацією на відміну від окиснення, яке відбувається під впливом сильних окисників і супроводжується зміною валентності феруму до трьох. Внаслідок цього утворюється метгемоглобін (MetHb), який на відміну від оксигемоглобіну не здатний віддавати кисень. Оксигемоглобін, що віддав кисень, називають відновленим, абодезоксигемоглобіном (НЬ). Ферум гема може приєднувати і карбону оксид - CO (чадний газ) - карбоксигемоглобін (НЬСО).

Така сполука не здатна приєднувати кисень і транспортувати його до тканин, оскільки дисоціює з відщепленням CO у 200 разів повільніше, ніж оксигемоглобін. Тому наявність у повітрі навіть незначних концентрацій оксиду карбону є небезпечною для життя.

Одна молекула гемоглобіну приєднує 4 молекули кисню, один грам гемоглобіну може приєднати 1,34 мл кисню. Цю величину називають кисневою ємністю гемоглобіну. Якщо ми знаємо вміст гемоглобіну в крові - 14-16%, можемо визначити кисневу ємність крові - максимальну кількість мілілітрів кисню, що може міститись у 100 мл крові. Її об'ємна частка становить 20-21,5%.

Приєднання кисню до гемоглобіну чи його відщеплення залежить насамперед від напруги кисню(рО₂)в крові. Ця залежність нелінійна, описується S-подібною кривою - кривою дисоціації оксигемоглобіну.

При рО₂12-13,3 кПа (90-100 мм рт. ст.) (саме таким є парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі) насичення крові киснем досягає 94-96 %. Повне 100 % насичення може бути під час дихання сумішшю газів з високим вмістом кисню. Неповне насичення крові киснем за умов дихання повітрям пояснюють наявністю в крові невеликої кількості метгемоглобіну і тим, що частина крові в легенях проходить через шунти і не оксигенується. У міру зниження рО₂крива спочатку дуже повільно, а потім, починаючи з 6,5 кПа (50 мм рт. ст.), різко опускається, що свідчить про швидку дисоціацію оксигемоглобіну і віддачу ним кисню. Внаслідок виходу кисню з крові до тканин напруга кисню у венозній крові знижується до 4-5,3 кПа (30-40 мм рт. ст.).

Венозна кров у легенях контактує з високим вмістом кисню в альвеолярному повітрі, насичуючись там киснем, стає артеріальною.

Отже, основним чинником, що визначає хід реакції НЬ + О₂ > НЬО₂, є напруга кисню в середовищі.

Варто зауважити, що хід кривої дисоціації оксигемоглобіну залежить від багатьох чинників, зокрема від температури крові, її рН, напруги вуглекислого газу (рСО₂) у крові тощо. Проте більшість цих показників підтримується за нормальних умов на сталому рівні, і лише рСО₂ крові змінюється під час проходження її через капіляри. Датський фізіолог Н. Бор установив, що за підвищення рСО₂ в розчині з оксигемоглобіном крива дисоціації зміщується праворуч. Це явище дістало назву ефекту Бора. Отже, за однакового рівня рСО₂, наприклад 5,3 кПа (40 мм рт. ст.), оксигемоглобін в артеріальній крові з низьким вмістом СО₂ дисоціює на 24%, а в капілярах, де рСО₂вища, дисоціація оксигемоглобіну і віддача кисню в 1,5 раза більші. Отже, вуглекислий газ, вміст якого у капілярній крові зростає, прискорює віддачу кисню оксигемоглобіном. Протилежний процес - інтенсивна оксигенація гемоглобіну за рахунок зниження рСО₂ - відбувається в легенях.

Транспорт вуглекислого газу.

На відміну від кисню, який переноситься кров'ю переважно у зв'язаному з гемоглобіном стані, форми і способи транспорту вуглекислого газу (СО₂) є різноманітними і складними. Перш за все вуглекислий газ, що утворився в клітинах у процесі дихання, розчиняється в цитоплазмі клітин і звідти дифундує до тканинної рідини, плазми крові й еритроцитів. В еритроцитах відбувається гідратація СО₂ з утворенням карбонатної (вугільної) кислоти Н₂СО₃. Цей процес каталізується ферментом еритроцитів вугільною ангідразою, яка прискорює процес у кілька тисяч разів.

Для розуміння подальших етапів перетворень СО₂ слід мати на увазі, що: 1) в еритроциті, як і в будь-якій іншій клітині, іонів калію міститься значно більше, ніж у плазмі крові; 2) окиснений і відновлений гемоглобін та карбонатна кислота за своїми кислотними властивостями утворюють ряд:

НЬО₂ > Н₂СО₃ > НЬ. Тому НЬО₂ як відносно сильна кислота приєднує до себе метал - іон калію. Отже, в еритроциті, що з кров'ю був принесений до тканин, одночасно відбуваються два процеси: один - утворення карбонатної кислоти і другий - дисоціація оксигемоглобіну: КНЬО₂ > КНЬ + О₂.

Карбонатна кислота є сильнішою, ніж дезоксигемоглобін, і тому вона відбирає у нього К⁺, утворюючи при цьому добре дисоційовану сіль калію гідрогенкарбонат:

H₂CO₃ + KHb> КНСО₃ + HHb.

Упродовж цього процесу відбувається накопичення в еритроциті гідрогенкарбонату (НСО₃-) і дифузія його в плазму крові (згадаймо, що мембрана еритроцита добре проникна для аніонів і важко - для катіонів). Одночасно з виходом з еритроцита НСО₃- для компенсації порушеної іонної рівноваги в еритроцит надходить із плазми крові відповідна кількість іонів хлору. Слід підкреслити, що вуглекислий газ на відміну від кисню та карбону оксиду (чадного газу) ніколи не вступає в реакцію з атомом феруму в молекулі гема. Деяка частина вуглекислого газу зв'язується з аміногрупами глобіну, утворюючи карбгемоглобін (HbNH₂ + СО₂ > HbNHCOOH), який транспортує вуглекислий газ до легень.

Якщо не брати до уваги цієї форми перенесення вуглекислого газу, частка якого становить не більш як 10 % усього СО₂, то можна вважати, що гемоглобін не бере участі в його транспорті. Роль гемоглобіну полягає у перетворенні вуглекислого газу на транспортабельну форму гідрогенкарбонатів. Таким чином, вуглекислий газ транспортується кров'ю від тканин тіла до легень у формі:

§ розчиненого газу в плазмі крові - 10 %;

§ калію гідрогенкарбонату (КНСО₃) еритроцитів - 35 %;

§ натрію гідрогенкарбонату (NaHCO₃) плазми крові - 45 %;

§ карбгемоглобіну еритроцитів - 10%.

У легенях процеси віддачі вуглекислого газу відбуваються у зворотному порядку:

HHb+ O₂> HHbO₂;

ННЬО₂+ КНСО₃ > KHbO₂+ H₂CO₃.

Утворювана карбонатна кислота швидко гідролізується вугільною ангідразою, яка змінює напрямок каталізованої нею реакції залежно від рН середовища:

Н₂СО₃ Н₂О + СО₂.

Вуглекислий газ дифундує з еритроцитів у плазму крові, далі в альвеоли і виходить з легень. У міру зниження в еритроциті концентрації НСО₃- їх кількість поповнюється з плазми, при цьому одночасно з еритроцита в плазму переходить відповідна кількість іонів хлору. Процес повторюється до вилучення з крові зайвого вуглекислого газу і насичення її киснем (артеріалізації).

Досі йшлося про так званий обмінний вуглекислий газ, тобто ту фракцію вуглекислого газу, яка надходить у кров із тканин і віддається кров'ю в легенях. На неї припадає приблизно десята частка кількості вуглекислого газу, що міститься в крові. Більша його частина (об'ємна частка 50 %) є її необхідною складовою, яка утворює гідрогенкарбонатну буферну систему і забезпечує сталість рН крові, тобто є одним із потужних механізмів гомеостазу.

Групи крові

Ще з давніх часів були відомі факти зцілення людини завдяки переливанню крові, але велика кількість смертельних наслідків цієї процедури перешкоджала її впровадженню в лікарську практику. І лише після того, як на початку XX ст. австрійський гематолог К. Ландштейнер і незалежно від нього чеський дослідник Я. Янський описали чотири групи крові, було розроблено методи визначення груп крові та їх сумісності і почалося широке використання переливання крові в медицині.

В еритроцитах людини містяться аглютиногени, або ізоантигени, А і В, а в плазмі крові - аглютиніни, або ізоантитіла, б і в. За їх комбінацією виділяють чотири групи крові: 0 (І) - немає аглютиногенів А і В, але є певний аглютиноген 0 і аглютиніни б і в; А (II) - містить аглютиноген А та аглютинін в; В (III) - аглютиноген В та аглютинін б; АВ (IV) - аглютиногени А і В, аглютинінів немає.

...