Система внутренних органов

Система внутренних органов

Пищеварительная система

Одноклеточные организмы переваривают пищу внутриклеточно. У подавляющего большинства многоклеточных животных пищеварение происходит вне клетки – в пищеварительной полости, стенки которой являются продолжением внешней оболочки организма.

У примитивных многоклеточных все клетки пищеварительной системы выполняют одинаковые функции; таким образом, сама система не разделена на органы. Пища попадает внутрь через ротовую полость, через неё же выходят наружу экскременты. Так устроены пищеварительные системы кишечнополостных, плоских червей. У более развитых форм (например, кольчатых червей) клетки дифференцируются, и пищеварительная система состоит из нескольких частей: ротовой полости, глотки, пищевода, желудка, анального отверстия. Ещё более сложное строение имеет пищеварительная система позвоночных. К её изучению мы сейчас и перейдём.

Пищеварительная система млекопитающих представляет собой желудочно-кишечный тракт – трубку, соединяющую ротовое отверстие с анальным. На всём своём протяжении стенка тракта состоит из четырёх слоёв: слизистой оболочки (облегчение процесса продвижения пищи, защита тракта от пищеварительных ферментов), подслизистой основы (волокна коллагена и эластина), наружной мышечной оболочки (кольцевой и продольный слои мышц, между которыми находится ауэрбахово нервное сплетение, контролирующее перистальтику), серозной оболочки (рыхлая соединительная ткань). Ещё одно нервное сплетение – мейснерово – располагается под мышечными слоями и контролирует секрецию пищеварительных желёз. Снаружи пищеварительный тракт покрыт брюшиной. Брюшина также выстилает внутреннюю поверхность брюшной полости, где образует брыжейку, которая поддерживает желудок и кишечник.

Измельчение пищи происходит в ротовой полости при пережёвывании (у птиц – в желудке). Благодаря жеванию увеличивается поверхность пищи, доступная воздействию ферментов. Для пережёвывания большинство позвоночных имеют челюсти, снабжённые зубами. Рыбы и рептилии относятся к гомодонтным организмам, все зубы у них одинаковы и имеют, как правило, конусовидную форму. Млекопитающие гетеродонтны: так, у человека имеются 8 резцов, 4 клыка, 8 ложнокоренных (премоляры) и 12 коренных (моляры) – всего 32 постоянных зуба, которые сменяют 20 молочных зубов, выросших в детстве. Резцы, расположенные в передней части ротовой полости, имеют ровные острые края и используются для откусывания. Конусовидные клыки предназначены для захватывания жертвы и разрывания её на куски. Зубы растительноядных животных, как правило, имеют более плоскую форму, пригодную для перетирания растительной пищи, у хищников наоборот наиболее выделяются длинные и изогнутые клыки. Коренные зубы имеют несколько корней и несколько бугорков, они необходимы для дробления и перетирания пищи.

Зуб удерживается в ротовой полости благодаря своим корням, погружённым в челюстную кость. Снаружи корень покрыт цементом. Над корнем находится шейка зуба, окружённая десной. Верхнюю часть зуба составляет твердый дентин, внутри которого находится пульпарная полость. В этой полости содержатся нервы, кровеносные сосуды и одонтобласты – клетки, образующие дентин. Снаружи дентин покрыт эмалью – самым твёрдым веществом организма, которая образует коронку. Налёт из болезнетворных организмов может вызвать заболевания зубов: кариес, разрушающий эмаль, а потом и дентин, и пародонтоз, вызывающий воспаление дёсен.

Челюсти образуют ротовую полость. В её стенках находятся три пары слюнных и множество щечных желез, выделяющих слюну (у человека – 1,5 литра в день). Слюна – это водянистый секрет, содержащий слизь, пищеварительные ферменты, различные соли и ионы. Она выделяется не постоянно, а под действием рефлексов, безусловных (наличие пищи во рту) и условных (на вкус и запах пищи). В ротовой полости также находится язык – мышечный орган, переворачивающий пищу во рту. Вкусовые сосочки на поверхности языка помогают определить вкус пищи. У человека язык также выполняет функцию органа речи.

Пережёванная и полупереваренная во рту пища обволакивается слизью и в виде комка попадает через глотку в пищевод. У человека его длина составляет около 25 см. Благодаря перистальтике (ритмическим движениям и сокращениям мышечных стенок) пища быстро проходит узкую трубку пищевода и попадает в желудок.

Желудок человека располагается в левой части брюшной полости под диафрагмой; его основное назначение – хранение и частичное переваривание пищи. Оболочка желудка состоит из трёх слоёв мускулатуры и легко растягивается; полный желудок может вмещать до 5 литров пищи. Секрет желудка – желудочный сок (слизь, 0,05 % раствор соляной кислоты, пищеварительные ферменты) – выделяется клетками, находящимися в стенках желудка, и перемешивается с пищей, образуя полужидкую смесь – химус. Покрывающая стенки слизь защищает их от переваривания.

У жвачных истинному желудку предшествует рубец, в котором особые симбиотические бактерии выделяют фермент целлюлазу, переваривающую целлюлозу. Без него животное не в состоянии переварить растительную пищу. Полупереваренная пища отрыгивается обратно, а затем заглатывается вновь, после чего её переваривание осуществляется, как и у всех млекопитающих.

Химус через пилорический сфинктер попадает в двенадцатиперстную кишку. В эту 20-сантиметровую кишку открываются также протоки поджелудочной железы и желчного пузыря. Вместе с пятиметровой подвздошной кишкой она образует тонкий кишечник. Его подслизистая основа собрана в многочисленные складки, а слизистая складок образует множество подвижных ворсинок, увеличивающих поверхность, всасывающую питательные вещества. Слизь защищает тонкий кишечник от повышенной кислотности пищи.

Слизистая тонкого кишечника выделяет кишечный сок, в который входят разнообразные пищеварительные ферменты. Вместе с желчью и соком поджелудочной железы он активно переваривает пищу, после чего та всасывается через микроворсинки эпителиальных клеток, расположенных на ворсинках подвздошной кишки. Через кровеносные капилляры, сливающиеся в воротную вену печени, питательные вещества поступают в печень. Там они откладываются про запас или поступают в кровеносную систему и разносятся по клеткам организма, а токсичные вещества (например, алкоголь) обезвреживаются.

В следующем отделе пищеварительной системы – толстом кишечнике – благодаря бактериям-симбионтам синтезируются некоторые аминокислоты и витамины. Все они, а также вода и некоторые электролиты, всасываются в кровь. Оставшаяся непереваренной пища твердеет и обволакивается слизью, становясь каловой массой. В конце концов, она поступают в прямую кишку и, пройдя через пару сфинктеров, выводится из организма через анальное отверстие. Внешний сфинктер контролируется центральной нервной системой; у маленьких детей этот контроль осуществляется недостаточно хорошо.

И желудочный, и кишечный сок вырабатываются не постоянно, а только под действием специальных гормонов. Поглощение пищи также происходит только в те моменты, когда у организма пробуждается аппетит. У людей аппетит контролируется центрами голода и насыщения, расположенными в гипоталамусе. Контроль производится при помощи изменения концентрации глюкозы в крови. На аппетит также влияют дополнительные факторы (растяжение стенок желудка, физиологическое состояние организма, повреждение головного мозга).

Циркуляторные системы у животных

У большинства животных одной диффузии недостаточно для распределения питательных веществ по организму. Это предопределяет появление циркуляторной системы, по которой органические вещества разносятся с током жидкости.

В состав любой циркуляторной системы должны входить циркулирующая жидкость (кровь, лимфа, гемолимфа), сосуды, по которым переносится жидкость, (или участки полости тела) и пульсирующий орган, обеспечивающий движение жидкости по всему телу (таким органом обычно бывает сердце). Кровеносные сосуды делятся на артерии, по которым кровь идёт от сердца, и вены, по которым кровь возвращается к сердцу. Стенки кровеносных сосудов у млекопитающих состоят из трёх слоёв тканей: плоского эндотелия, гладкой мускулатуры и наружных коллагеновых волокон. Артерии и вены в органах разветвляются на более мелкие сосуды – артериолы и венулы, а те, в свою очередь, ветвятся на микроскопические капилляры, проходящие между клетками практически всех тканей. В описанной системе кровь на всём пути заключена в сосуды и не вступает в контакт с тканями тела, обмен веществ осуществляется только через стенки сосудов. Такая система называется замкнутой, она имеется у кольчатых червей, позвоночных и некоторых других групп животных.

В незамкнутой кровеносной системе артерии открываются в систему полостей, образующих гемоцель. Кровь медленно движется между тканями под низким давлением и вновь собирается к сердцу через открытые концы венозных сосудов. В отличие от замкнутой системы, здесь распределение крови между тканями практически не регулируется. Незамкнутая система существует, например, у членистоногих.

Хорошо развитой замкнутой кровеносной системой обладают кольчатые черви. Периодические сокращения спинного сосуда гонят кровь к переднему концу животного; движению крови в обратном направлении препятствует серия клапанов. Пять пар пульсирующих «ложных» сердец соединяют спинной сосуд с брюшным; сердечные клапаны пропускают кровь только в сторону брюшного сосуда. Пройдя по брюшному сосуду, кровь попадает в органы тела; в конце концов, она снова собирается в спинном сосуде. Кровь кольчатых червей разносит по телу кислород и питательные вещества, забирает углекислоту и метаболические отходы.

Кровеносная система членистоногих незамкнутая. Она предназначена для транспорта питательных веществ к органам и удаления продуктов жизнедеятельности (напомним, что газообмен у этого типа животных осуществляется через трахеи). Кровь идёт по спинному сосуду – аорте; движение обеспечивается сокращениями сердца, находящегося в заднем участке спинного сосуда. Аорта разветвляется на артерии, из которых кровь изливается в открытые полости и омывает внутренние органы.

У позвоночных ток крови обеспечивается сокращениями хорошо развитого мышечного сердца. Обратному ходу крови препятствует система сердечных клапанов. Сокращения сердца происходят автоматически, но могут регулироваться центральной нервной системой.

У рыб кровь, совершая в теле полный круг, проходит через сердце только один раз; говорят, что у них имеется один круг кровообращения. При сокращении сердца кровь выталкивается в брюшную аорту. Жаберные артерии приносят бедную кислородом кровь к жабрам, где она в тончайших капиллярах насыщается кислородом. От выносящих жаберных артерий кровь поступает в наджаберные артерии, а оттуда переходит в спинную аорту. Отходящие вперёд от спинной аорты сонные артерии несут кровь к голове; многочисленные артерии, отходящие от спинной аорты в задней части тела, снабжают кровью внутренние органы.

В связи с полуназемным образом жизни у земноводных сформировались лёгкие, а между сердцем и лёгкими появился новый круг кровообращения. Насыщенная кислородом кровь из лёгких и венозная кровь из органов попадают, соответственно, в левое и правое предсердия, откуда одновременно выталкиваются в единственный желудочек. Смешиванию крови в нём препятствуют специальные мышечные гребни и клапаны, но всё же круги кровообращения у земноводных ещё не вполне обособлены. Пройдя через желудочек, бедная кислородом кровь уходит к лёгким, а насыщенная кислородом – разносится по внутренним органам. В состоянии покоя лёгкие лягушки не работают, и кислород поступает в кровь через кожу.

У птиц и зверей сердце становится четырёхкамерным, артериальная и венозная кровь полностью разделены. Выйдя из лёгких, насыщенная кислородом кровь должна пройти через сердце, после чего под высоким давлением она поступает во внутренние органы. Кровеносная система у птиц и млекопитающих также сильно изменилась.

Кровь млекопитающих состоит из взвешенных в жидкости (плазме) клеток. Плазма составляет около 55 % объёма крови; это бледно-жёлтая жидкость, на 90 % состоящая из воды. Оставшиеся 10 % – растворённые вещества: различные белки, минеральные ионы, продукты пищеварения и экскреции, гормоны. Белки связывают в крови кальций, железо, некоторые витамины, участвуют в работе иммунной системы и свёртывании крови. Ионы играют важную роль в системе регуляции.

Эритроциты – красные кровяные клетки. У человека их диаметр составляет 7–8 мкм и приблизительно равен диаметру капилляров, а толщина равна 2 мкм. Специфическая форма эритроцита увеличивает эффективную поверхность газообмена. В 1 мл крови содержится около 5 миллионов эритроцитов. Они образуются, в основном, в костях черепа, грудине, рёбрах, позвонках и лопатках, существуют 3–4 месяца и разрушаются в печени или селезёнке в количестве 200 миллиардов в день. Благодаря гемоглобину эритроциты способны связывать кислород и переносить его к внутренним органам; фермент карбоангидраза связывает углекислый газ CO2. Заметим, что гемоглобин хорошо реагирует не только с кислородом, но и с угарным газом CO. CO действует как конкурентный ингибитор; при его наличии перенос кислорода кровью становится невозможным. Недостаток эритроцитов в крови либо снижение содержания гемоглобина в них называются анемией (малокровием) и вызывают слабость, головокружение, одышку.

Молекула гема

Белые кровяные клетки – лейкоциты – играют важную роль в защите организма от болезней. В 1 мл крови содержится около 7000 лейкоцитов; продолжительность их жизни составляет несколько дней. Образуются лейкоциты в костном мозге.

Лейкоциты делятся на два типа. Гранулоциты имеют разделённое на лопасти ядро и зернистую цитоплазму и способны к амёбоидному движению. Их можно разделить на фагоциты, поглощающие болезнетворные бактерии, (70 % всех лейкоцитов), эозинофилы и базофилы. Агранулоциты содержат ядро овальной формы и незернистую цитоплазму. Они подразделяются на моноциты, поглощающие бактерии, (4 % всех лейкоцитов) и лимфоциты (24 % от общего числа лейкоцитов), вырабатывающие антитела.

Красные кровяные пластинки (тромбоциты) – это фрагменты клеток неправильной формы, обычно лишённые ядра. Они образуются в костном мозге; в 1 мл крови содержится около 250 000 тромбоцитов. Их основное значение – инициация свёртывания крови.

Стенки капилляров проницаемы для всех компонентов крови, за исключением белков и эритроцитов. Часть крови уходит через них, образуя межклеточную жидкость. Именно через эту жидкость и происходит обмен веществ между кровью и тканями. Значительная часть межклеточной жидкости возвращается в кровь через венозные концы капилляров или лимфатическую систему.

Основные функции крови:

- перенос питательных веществ к различным органам и тканям;

- перенос отходов жизнедеятельности к органам выделения;

- транспорт кислорода и углекислого газа;

- перенос гормонов к органам-мишеням;

- равномерное распределение тепла по всему организму;

- защитные функции;

- регуляция осмотического давления.

Защитные функции заключаются, в основном, в трёх механизмах:

- свёртывание крови – чрезвычайно сложный многоступенчатый процесс, необходимый для остановки кровотечения;

- фагоцитоз – поглощение и переваривание в лизосомах болезнетворных бактерий и посторонних частиц;

- воспаление – отёк окружающих тканей и повышение температуры в результате расширения кровеносных сосудов и просачивания плазмы сквозь стенки капилляров.

Лимфатическая система

Каким образом лимфоциты попадают из костного мозга в кровь? Оказывается для этой цели у позвоночных имеется лимфатическая система. Это сеть сосудов и органов, которая служит источником и переносчиком клеток, обеспечивающих иммунитет, а также возвращает избыток тканевой жидкости в кровь.

Микроскопические лимфатические капилляры пронизывают почти все органы тела. Они объединяются в лимфатические сосуды, которые впадают в грудной и правый лимфатический протоки, расположенные в области грудной клетки. Эти протоки впадают в вену вблизи ключицы. Лимфатические сосуды заполнены лимфой – бесцветной жидкостью, текущей в направлении сердца. Ток осуществляется в результате сокращений мышц и колебаний давления в грудной клетке; одностороннее направление движения обеспечивается системой клапанов. Фактически, лимфа – это тканевая жидкость, просачивающаяся в лимфатические капилляры.

Накопление тканевой жидкости проявляется в виде отёков. Одним из примеров является слоновая болезнь; вызывающий её паразитический червь поселяется в лимфатических узлах паховой области, препятствуя току лимфы.

Лимфоидная ткань может также собираться в органы. Вот основные из них у млекопитающих:

- костный мозг; образует лимфоциты, способствует созреванию некоторых типов лимфоцитов;

- тимус; способствует созреванию некоторых типов лимфоцитов;

- селезёнка; делится на две области: красную пульпу (депо крови) и белую пульпу (выделение антител);

- пейеровы бляшки; способствуют созреванию некоторых типов лимфоцитов; фильтруют частицы, попадающие в организм через кишечник;

- миндалины; выстилают бронхи; улавливают частицы, попадающие в организм через дыхательную систему;

- лимфатические узлы (у человека их более 400); фильтруют протекающую лимфу; любые частицы здесь сталкиваются с лимфоцитами.

У других позвоночных лимфатическая система имеет некоторые отличия. В частности, круглоротые не имеют селезёнки и тимуса. У рыб отсутствует костный мозг; лимфоциты продуцируются в особой части почки. Птицы, рептилии, амфибии и некоторые рыбы имеют лимфатические сердца – мышечные

уплотнения, проталкивающие лимфу в вены.

Мышечная система

Мышечная система создаёт дополнительную опору телу животного и определяет его движение. Мышцы состоят из множества удлинённых клеток – мышечных волокон, способных сокращаться под действием электрических импульсов. Различают поперечно-полосатые, гладкие и сердечные мышцы.

Поперечно-полосатые мышцы присоединяются к костям при помощи плотных и малорастяжимых сухожилий, состоящих из коллагена. Один конец сухожилия переходит в наружную оболочку мышцы, а другой плотно прикреплен к надкостнице.

При раздражении мышечное волокно будет сокращаться только в том случае, если стимулирующий импульс превысит некоторую пороговую величину. Такое сокращение будет максимальным и не изменится при ещё большем увеличении импульса. Согласно современным представленим сокращение вызывается тем, что актиновые нити – один из типов мышечных нитей – скользят по миозиновым. Необходимая для этого энергия образуется в результате расщепления АТФ. При интенсивных сокращениях поставляемого в мышцы кислорода оказывается недостаточно; говорят, что работа мышцы создаёт кислородную задолженность. При этом начинает образовываться молочная кислота – токсичный продукт, который в печени превращается в глюкозу или полностью разлагается на углекислый газ и воду.

Тип сокращения зависит от способа фиксации мышц: он может быть изотоническим (сокращение при постоянной нагрузке) и изометрическим (мышца развивает напряжение, но её длина не изменяется). Ответ на однократное раздражение длится около 0,05 с. Фаза сокращения длится около 0,1 с, после чего наступает длительный – около 0,2 с – период расслабления, когда мышечное волокно некоторое время неспособно сокращаться. Если интервал между двумя сокращениями незначителен, то второе сокращение накладывается на первое; при этом во второй раз развивается большее напряжение. При ритмическом раздражении напряжение достигает некоторого уровня (плато) и остается на нём достаточно долго, после чего наступает утомляемость и расслабление.

Двигательные аксоны, подходя к мышцам, ветвятся. Группа мышечных волокон (в бицепсе тысячи волокон) и иннервирующий её аксон образуют двигательную единицу; все мышечные волокна в ней сокращаются одновременно. Чем меньше волокон в двигательной единице, тем более тонкий контроль осуществляется со стороны нервной системы. Регуляция напряжения, вызываемого мышцой, может осуществляться:

-изменением количества двигательных единиц, возбуждающихся в данный момент;

-изменением количества нервных импульсов в секунду.

Волокна скелетных мышц можно разделить на тонические и фазические. Тонические волокна окрашены в красный цвет, расположены в глубине мышц, имеют собственные запасы кислорода, связанного с родственным гемоглобину крови белком миоглобином. Они обеспечивают длительное сокращение мышцы (например, связанное с противодействием силе тяжести – мышцы спины, шеи, поддерживающие нижнюю челюсть). Фазические волокна преимущественно белые, залегают на поверхности мышц и обеспечивают быстрое и сильное сокращение, но быстро утомляются.

Для того, чтобы сместить кость, а затем вернуть её в первоначальное положение, необходима хотя бы пара мышц, например, сгибатель и разгибатель. Когда одна из мышц сокращается, другая должна расслабляться. Это достигается благодаря тормозным рефлексам спинного мозга, блокирующим импульсы, идущие к соответствующей группе мышц.

Гладкая мускулатура образует стенки кровеносных сосудов, кишечника, мочевого пузыря и других органов. Клетки гладкой мускулатуры образуют поперечные и продольные слои; сокращение первых приводит к удлинению и утончению органа (например, кишки); сокращение вторых вызывает обратный эффект. Гладкие мышцы способны к самопроизвольным сокращениям; так растяжение мускулатуры при наполнении пищеварительных проходов обычно сразу приводит к её сокращению. Такая координированная работа мышц называется перистальтикой и способствует перемещению содержимого внутри полых органов.

Дата добавления: 2015-04-23