Физиология

В связи с необходимостью наводить глаз на рассматрива­емый объект, вращая его, природа создала у большинства видов животных шарообраз­ную форму глазного яблока. На пути к светочувствительной оболочке глаза — сетчат­ке лучи света проходят через несколько прозрачных поверхностей—переднюю и заднюю поверхности роговицы, хрусталика и стекловидного тела. Разная кривизна и показатели преломления этих поверхностей определяют преломление световых лучей внутри глаза. Преломляющую силу любой оптической системы выражают в диоптриях (D). Одна диоптрия равна преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 100 см. Прелом­ляющая сила глаза человека составляет 59 D при рассматривании далеких и 70,5 D при рассматривании близких предметов. Сложность оптической системы глаза затрудняет точную оценку хода лучей внутри него и оценку размера изображения на сетчатке. Поэтому пользуются упрощенной моделью — «редуцированным глазом», в котором все преломляющие среды имеют один и тот же показатель преломления в единую сферическую поверхность. Для того чтобы построить на сетчатке такого схематического глаза изображение, нужно провести линии от концов рассматриваемого предмета к узловой точке, лежащей в 7,15-10-3 м (7,15 мм) кзади от роговой оболочки и на 15 мм (15-10-3 м) вперед от сетчатки. При этом изобра­жение на сетчатке получается действительным, уменьшенным и обратным ( 210). От далекой точки А (параллельные лучи) изображение а получается на сетчатке при ненапряженном акко­модационном аппарате; при этом от близкой точки В изображение в образуется ja сетчаткой.

По характеру контакта со средой рецепторы делятся на дистантные, получающие информацию на некотором расстоянии от источника раздражения (зрительные, слуховые и обонятельные), и контактные — возбуждающиеся при непосредственном соприкосно­вении с ним. В зависимости от природы раздражителя, на который они оптимально настроены, рецепторы человека могут быть разделены на 1) механорецепторы, к которым относятся рецепторы слуховые, гравитационные, вестибулярные, тактильные рецепторы кожи, рецепторы опорно-двигательного аппарата, барорецепторы сердечно-сосудистой систе­мы; 2) хеморецепторы, включающие рецепторы вкуса и обоняния, сосудистые и тканевые рецепторы; 3) фоторецепторы; 4) терморецепторы (кожи и внутренних органов, а также центральные термочувствительные нейроны); 5) болевые (ноцицептивные) рецепторы, кроме которых болевые раздражения могут восприниматься и другими рецепторами. Все рецепторные аппараты делятся на первичночувствующие (первичные) и вторич-ночувствующие (вторичные). К первым относятся рецепторы обоняния, тактильные ре­цепторы и проприорецепторы. Они отличаются тем, что восприятие и преобразование энергии раздражения в энергию нервного возбуждения происходит у них в самом чувствительном нейроне. К вторичночувствующим относятся рецепторы вкуса, зрения, слуха, вестибулярного аппарата, У них между раздражителем и первым чувствительным нейроном находится высокоспециализированная рецепторная клетка, т. е. первый нейрон возбуждается не непосредственно, а через рецепторную (не нервную) клетку. По своим основным свойствам рецепторы делятся также на быстро- и медленно-адаптирующиеся, низко- и высокопороговые, мономодальные и полимодальные и т. д.

По мере выработки прочного навыка отрабатывается и более совершенное (более экономичное) вегетативное обеспечение данного вида деятельности. Возникают системы вегетативных условных рефлексов, благодаря которым изменения функций внутренних органов (кровоснабжение мышц, снабжение кислородом и питательными веществами, изменение дыхания и окислительных процессов и т. д.) предшествуют осуществлению самой деятельности. В этой выработке системы условнорефлекторного вегетативного обеспечения всех элементов предстоящей деятельности, происходящих наряду с дифференцировкой и специализацией рабочих движений, и состоит существо нервных механизмов тренировки (упражнения) двигательных навыков. Однако изменения, возникающие в организме во время тренировки, не сводятся только к совершенствованию навыков, т. е. к перестройке и улучшению условнорефлекторнойР деятельности. Они захватывают все уровни и все системы организма, начиная с молекулярного уровня. Существует связь между функцией любой клетки и ее генетиче­ским аппаратом, управляющим процессом синтеза белков. Интенсивная функция стимулирует синтез белков, обеспечивающих осуществление именно данной функции, и, наоборот, ослабление функции приводит к снижению процесса синтеза белков, обеспечивающих данную функцию и в конечном счете к дегенерации и гибели неработа­ющих структур. Поэтому основным условием сохранения структурной целостности организма является активность, т. е. всесторонняя, интенсивная, гармоничная деятель­ность всех его систем. Чем интенсивнее функция, тем более полно осуществляются процессы самообновления. При этом не просто восстанавливаются разрушающиеся и истощающиеся при работе структуры, а возникает избыточное восстановление — гиперкомпенсация. В этом случае масса работающих структур и рабочих органов увели­чивается. При физической работе растут масса, сила, мощность и выносливость мышц, а также систем, обеспечивающих мышечную деятельность (масса сердечной мышцы, площадь коронарного русла, величина легочных объемов и т. д.). В ЦНС значительно увеличиваются поверхности синаптических контактов нервных клеток, возникают пере­стройки функционального состояния синапсов, облегчающие проведение возбуждения, что особенно важно при умственной деятельности.

ПКП обусловлен активацией ацетилхолином хемовозбудимых ионных каналов, имеющихся в постсинаптической мембране скелетного мышечного волокна. Так же как электровозбудимые, хемовозбудимые каналы образованы макромолекулами белка, про­низывающими липидный бислой мембраны. Функциональная структура хемовозбуди-мого канала схематически показана на 53. Канал состоит из транспортной системы, воротного механизма и участка связывания — «холинорецептора», обладающего высоким сродством к медиатору ацетилхолину. В отсутствие ацетилхолина канал закрыт.

Вторая принципиальная особенность нервного кодирования — множественность и перекрытие кодов. Это означает, что для одного и того же признака сигнала (например, его интенсивности) в анализаторе одновременно используется несколько различных вариантов нервных кодов: частота импульсации в отдельных нейронных каналах, число возбужденных элементов и их локализация («адрес») в нервном слое. Удельный вес каждого из этих кодов может изменяться на разных уровнях анализатора, но их параллельность сохраняется. Еще одна особенность кодирования — это «зашумленность» большинства сенсорных кодов, т. е. добавление к импульсам, несущим информацию, фоновой импульсации. Это затрудняет анализ и восприятие информации. Следует отметить еще две особенности нервного кодирования. Во-первых, скорости кодирования и перекодирования должны быть достаточно большими, чтобы избежать задержки реакций организма на принимаемый сигнал. Во-вторых, исследуемые нейро­физиологами нервные коды не наверняка являются кодами, используемыми мозгом. Методов, которые позволили бы точно установить, каким образом и какие именно нервные клетки получают и перекодируют то или иное сообщение, пока не существует. Сейчас трудно доказать, что именно тот принцип кодирования, который можно исследовать на данном уровне анализатора, используется нейронами следующего уровня. Поэтому можно говорить лишь о гипотетических нервных кодах.

   
   Исследования в области физиологии дыхания позволили сконструировать аппарат для управляемого искусственного дыхания («железные легкие»). Созданы приборы, при помощи которых можно на длительное время выключить дыхание пациента в условиях операций либо годами поддерживать жизнь организма при поражениях дыхательного центра. Знание физиологических закономерностей газообмена и транспорта газов помог­ло создать установки для гипербарической оксигенации. Она используется при смертель­ных поражениях системы крови, а также дыхательной и сердечно-сосудистой систем. На основе законов физиологии мозга разработаны методики ряда сложнейших нейро­хирургических операций. Так, в улитку глухого человека вживляют электроды, по кото­рым поступают электрические импульсы из искусственных приемников звука, что в изве­стной мере восстанавливает слух.    Это лишь очень немногие примеры использования законов физиологии в клинике, но значение нашей науки выходит далеко за пределы только лечебной медицины.    Роль физиологии в обеспечении жизни и деятельности человека в различных условиях    Изучение физиологии необходимо для научного обоснования и создания условий здорового образа жизни, предупреждающего заболевания. Физиологические закономер­ности являются основой научной организации труда в современном производстве. Физио­логия позволила разработать научное обоснование различных режимов индивидуальных тренировок и спортивных нагрузок, лежащих в основе современных спортивных достиже­ний. И не только спортивных. Если нужно послать человека в космос или опустить его в глубины океана, предпринять экспедицию на северный и южный полюс, достичь вершин Гималаев, освоить тундру, тайгу, пустыню, поместить человека в условия предельно высоких или низких температур, переместить его в различные часовые пояса или климати­ческие условия, то физиология помогает обосновать и обеспечить все необходимое для жизни и работы человека в подобных экстремальных условиях.

Зрительный анализатор (или зрительная сенсорная система) — важнейший из органов чувств человека и большинства высших позвоночных животных. Он дает более 90% информации, идущей к мозгу от всех рецепторов (не случайна пословица «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать»). Благодаря опережающему эволюционному развитию именно зрительных механизмов мозг хищных животных и приматов претерпел резкие изменения и достиг значительного совершенства. Зрительное восприятие — многозвеньевой процесс, начинающийся с проекции изображения на сетчатку глаза и возбуждения фоторецепторов и заканчивающийся принятием высшими отделами зри­тельного анализатора, локализованными в коре мозга, решения о наличии в поле зрения того или иного зрительного образа.

Ионы С1 в нервных волокнах не играют существенной роли в генезе потенциала покоя, поскольку проницаемость для них покоящейся мембраны относительно мала. В от­личие от этого в скелетных мышечных волокнах проницаемость покоящейся мембраны для ионов хлора сравнима с калиевой, и потому диффузия С1 внутрь клетки увеличи­вает значение потенциала покоя. Рассчитанный хлорный равновесный потенциал (Ес1). Таким образом, величина потенциала покоя клетки определяется двумя основными факторами: а) соотношением концентраций проникающих через покоящуюся поверхно­стную мембрану катионов и анионов; б) соотношением проницаемостей мембраны для этих ионов.

Гладкие мышцы в организме высших животных и человека находятся во внутренних органах, сосудах и коже. Они способны осуществлять относительно медленные движения и длительные тонические сокращения. Относительно медленные, часто имеющие ритмический характер сокращения глад­ких мышц стенок полых органов: желудка, кишок, протоков пищеварительных желез, мочевого пузыря, желчного пузыря и др., обеспечивают перемещение содержимого этих органов. Примером являются маятникообразные и перистальтические движения ки­шечника. Длительные тонические сокращения гладких мышц особенно резко выражены в сфинктерах полых органов; их тоническое сокращение препятствует выходу содержи­мого. Этим обеспечивается накопление желчи в желчном пузыре и мочи в мочевом пу­зыре, оформление каловых масс в толстой кишке и т. д. В состоянии постоянного тонического сокращения находятся также гладкие мышцы стенок кровеносных сосудов, особенно артерий и артериол. Тонус мышечного слоя стенок артерий регулирует величину их просвета и тем самым уровень кровяного давления и кровоснабжения органов. Тонус и двигательная функция гладких мышц регулируются импульсами, поступа­ющими по вегетативным нервам, и гуморальными влияниями.

Нервные волокна не могут существовать вне связи с телом нервной клетки: перерезка нерва ведет к гибели тех волокон, которые оказались отделенными от тела клеток. У теплокровных живот­ных уже через 2—3 сут после перерезки нерва периферический его отросток утрачивает способность к проведению нервных импульсов. Вслед за этим начинается дегенерация нервных волокон, причем миелиновая оболочка претерпевает жировое перерождение, Это выражается в том, что мякотная оболочка теряет миелин, который скапливается в виде капель; распавшиеся волокна и их миелин рассасываются и на месте нервных волокон остаются тяжи, образованные леммоцитом (шванновской клеткой). Все эти изменения впервые были описаны английским врачом Валлером и названы по его имени валлеровским перерождением.