Особенности взаимодействия организма человека с окружающей средой

По сравнению с миллиардами лет существования на Земле биосферы человек возник сравнительно недавно, он моложе биосферы в тысячи раз. Но именно в человеке природа достигла высшей сложности и совершенства, именно в нем впервые возникло диалектическое единство биологического и социального, материального и духовного.

Человек — предмет изучения многих естественных (антропология, медицина) и общественных (социология, этнология, психология, история, философия) и др. наук. Человек находится в центре внимания ряда биологических наук. Анатомия, гистология, эмбриология изучают особенности человека в сравнении с другими организмами. Адаптацияважнейший раздел современной физиологии, наследственность — современной генетики и т. п. Таким образом, человек является целостной биопсихосоциальной системой, которая может быть изучена только комплексом естественных и общественных наук.

Человеческий организм — это очень сложная, хорошо организованная, многокомпонентная, целостная, открытая для окружающей среды биосистема. Без окружающей среды человек жить не может: для построения и восполнения постоянно разрушающихся элементов организма, создания резервов, нужны вода, химические элементы, пищевые вещества, воздействие физических факторов. Жизненный конфликт в организме проявляется в виде синтеза и распада. На основе этих противоположных процессов и формируются в процессе эволюции приспособительные реакции, обеспечивающие связь между организмом и окружающей его средой (2, с.16).

Чувствительные системы организма для восприятия свойств среды называют анализаторами. Анализаторы осуществляют качественный и количественный анализ действующих раздражителей в разных условиях жизни. В каждом анализаторе различают три части: периферическую (рецептор), проводниковую (нервные пути) и центральную (нервные центры).

Датчиками анализаторных систем являются специальные структурные образования нервных волокон, называемые рецепторами. Часть из них воспринимает изменения в окружающей среде (экстерорецепторы), а частьво внутренней (интерорецепторы).

Различение действующих на организм внешних сил по их физической природе, т. е. качественный анализ раздражения достигается избирательной чувствительностью рецепторного органа к определенному, адекватному для него виду энергии. Такое качественное различение обеспечивается как анатомическим устройством рецепторных органов, так и исключительно высокой чувствительностью (низким порогом раздражения) рецепторов к адекватному раздражителю. Для возникновения ощущения интенсивность раздражителя должна достичь некоторой определенной величины. С увеличением интенсивности раздражителя наступает момент, когда анализатор перестает работать адекватно. Всякое воздействие, превышающее по интенсивности некоторый предел, вызывает боль и нарушает деятельность анализатора. Интервал от минимальной до максимальной адекватно ощущаемой величины определяет диапазон чувствительности анализатора. Минимальную величину принято называть нижним абсолютным порогом чувствительности, а максимальную — верхним.

У человека существуют рецепторы, настроенные на восприятие электромагнитных колебаний определенных длин волн (фоторецепторы сетчатки глаза), механических колебаний воздуха (фонорецепторы уха), осязания (тактильные рецепторы), изменений гидростатического и осмотического давления крови (барои осморецепторы сосудистого ложа), изменений положения тела относительно вектора гравитации (рецепторы вестибулярного аппарата) или частей тела относительно друг друга и тонуса мышц (проприорецепторы мышц и сухожилий). Кроме того необходимо отметить: рецепторы, реагирующие на воздействие каких-либо химических веществ (например, глюкорецепторы, воспринимающие изменения уровня сахара в крови, вкусовые и обонятельные, воспринимающие наличие химических веществ в окружающей среде); терморецепторы, реагирующие на изменение температуры как внутри организма, так и в окружающей среде. Болевые рецепторы выделяют в особую группу. Они могут возбуждаться механическими, химическими и температурными раздражителями такой силы, при которой возможно разрушительное их действие на ткани или органы.

Морфологически рецепторы могут быть в виде простых нервных окончаний или иметь форму волосков, спиралей, пластинок, колбочек, палочек, шариков, шайбочек. Воспринимаемая рецепторами информация, закодированная в нервных импульсах, из внешней и внутренней среды организма передается по нервным путям в центральные отделы соответствующих анализаторов, где она и подвергается обработке (2, с.18).

Количественный анализ внешних воздействий состоит в сравнительной оценке интенсивности раздражителей, т. е. более сильное раздражение вызывает более сильное ощущение. Чтобы дать количественную характеристику раздражения, измеряют разностный порог раздражения — величину, на которую надо усилить раздражитель, чтобы получить минимальное изменение ощущения. Тем самым определяется элементарная единица ощущения для его количественной оценки.

В опытах с оценкой тяжести грузиков разной массы было найдено, что чем больше масса взятого в руки груза, тем более значительная прибавка к нему требуется, чтобы получить заметную разницу в ощущениях (Эрнст Вебер, 1831). Эта прибавка имела довольно постоянное отношение к массе исследуемого груза и составляла 1/17 ее величины, нарастающей или уменьшающейся в определенных пределах. Таким образом, величина единицы ощущения возрастает с увеличением силы раздражения. Те же результаты дали исследования в разных сенсорных системах — зрительной, слуховой, осязательной.

Был сформулирован основной психофизический закон Вебера-Фехнера, который выражает связь между интенсивностью раздражителя и силой вызванного ощущения. Реакция организма прямо пропорциональна относительному приращению раздражителя. На базе закона Вебера-Фехнера построено нормирование вредных факторов, т. е. установления безвредной или предельно допустимой дозы воздействия, при этом делаются попытки найти компромисс между вероятностью нанесения вреда и экономической необходимостью. Закон действителен лишь в некоторых пределах силы раздражения. Построен он на многих допущениях, упрощающих более сложные закономерности отношения раздражения и вызываемого им ощущения.

При длительном воздействии раздражителя происходит адаптация рецепторов, что проявляется в снижении их чувствительности. Различают быстро адаптирующиеся рецепторы (тактильные, барорецепторы) и медленно адаптирующиеся (хеморецепторы, фонорецепторы). Вестибулорецепторы и проприорецепторы не адаптируются.

Например, впервые надетые на руку часы со временем перестают ощущаться в результате адаптации местных механорецепторов, так же постепенно исчезает ощущение инородного тела от коронки, поставленной на зуб. Очень громкие звуки могут на некоторое время оглушить, но потом рецепторы кортиева органа приспосабливаются к ним, повышая порог возбуждения.

Итак, связь с окружающим миром осуществляется через анализаторы, воспринимающие и передающие информацию. Изменение жизнедеятельности организма в ответ на изменение внешних условий осуществляется благодаря регулирующей функции нервной системы. Более подробно охарактеризуем нервную систему, как важнейшую и интегрирующую систему организма.

Нервная система человека разделяется на центральную нервную систему (ЦНС), включающую головной мозг и спинной мозг и периферическую, в которую входят нервные волокна и узлы, лежащие вне ЦНС. ЦНС в морфологическом отношении представляет собой совокупность нервных клеток и отходящих от них отростков. В этой совокупности клеточных тел, находящихся в черепной коробке и позвоночном канапе, происходит переработка информации, которая поступает к ним по нервным волокнам и исходит от них к исполнительным органам по двигательным (к мышцам) и вегетативным (к внутренним органам) нервам. По некоторым особенностям строения и функции нервную систему делят на соматическую и вегетативную (5, с.45).

Соматическая нервная система иннервирует поперечнополосатую мускулатуру, кости, суставы, кожу. Вегетативная нервная система (ВНС, автономная, висцеральная) — это отдел нервной системы иннервирующий внутренние органы, сосуды, гладкую мускулатуру, железы внутренней секреции и кожу. ВНС делится на симпатическую и парасимпатическую нервные системы, которые оказывают антагонистическое действие на органы. Например, симпатическая нервная система расширяет зрачок, вызывает учащение пульса и повышение кровяного давления. Парасимпатическая нервная система суживает зрачок, замедляет сердечно — сосудистую деятельность, снижает артериальное давление.

Нервная система функционирует по принципу рефлекса. Рефлексом (от лат. reflecto — отражение) называют любую ответную реакцию организма, осуществляющуюся с участием центральной нервной системы. Морфологической основой таких реакций является рефлекторная дуга, включающая 5 звеньев:

Рецептор — специализированная структура, воспринимающая определенный вид воздействия внешней или внутренней среды.

Афферентный (чувствительный) нейрон (или нейроны), проводящий сигнал, возникающий в рецепторе, в нервный центр.

Вставочный нейрон (или нейроны), представляющий собой центральную часть рефлекторной дуги (или нервный центр) указанного рефлекса.

Эфферентный (двигательный) нейрон, по аксону (отростку нервной клетки) которого сигнал доходит до эффектора.

Эффектор — поперечнополосатая или гладкая мышца либо железа, осуществляющие соответствующую деятельность (5, с.46).

Ответная реакция организма возникает вследствие распространения по рефлекторной дуге возбуждения (сигнала), появляющегося при раздражении рецептора. Процессы, которые происходят в исполнительных системах, по нервным обратным связям сигнализируют в нервный центр, организующий рефлекс. Таким образом, открытая рефлекторная дуга превращается в замкнутое кольцо. Любое действие сопровождается импульсами от мышц, зрительных, слуховых рецепторов и др. идущими в ЦНС, что позволяет учитывать результаты действий и корректировать эти действия.

Способ организации жизнедеятельности в сложных и необычных ситуациях вырабатывается в процессе развития данного индивидуума посредством обучения. Это условные рефлексы — реакции нервной системы, вырабатываемые организмом индивидуально, на основе приобретенного опыта. Условные рефлексы непостоянны. Они вырабатываются на базе безусловных.

Характер изменений жизнедеятельности организма зависит от продолжительности внешних изменений. В большинстве случаев изменение характера жизнедеятельности организма в ответ на изменение условий внешней среды происходит при участии нескольких анализаторов. Например, в регуляции позы участвуют вестибулярный аппарат, гравии проприорецепторы мышц, тактильные рецепторы кожи, рецепторы органа зрения. В этом случае разделение анализаторных систем невозможно еще и потому, что все они имеют один и тот же исполнительный механизмопорно-двигательный аппарат. Еще труднее выделить отдельные анализаторы в том случае, когда выбор реакции на внешнее возмущение осуществляется сознательно.

Человек обладает рядом важных специализированных периферических образований — органов чувств, обеспечивающих восприятие действующих на организм внешних раздражителей. У человека выделяют органы: зрения, слуха, обоняния, вкуса, осязания. Понятие «орган чувств» является в значительной степени условным, так как он сам по себе не может обеспечить ощущение как такового. Для возникновения субъективного ощущения необходимо, чтобы возбуждение, возникшее в рецепторах, поступило от них в ЦНС — в специальные отделы коры больших полушарий. Именно с деятельностью высших отделов мозга связано возникновение субъективных ощущений.

Органы зрения играют исключительную роль в жизни человека и его взаимоотношениях с внешним миром. Посредством зрения мы познаем форму, величину, цвет предмета, направление и расстояние на котором он находится от нас. Зрительный анализатор включает глаз, зрительный нерв и зрительный центр, располагающийся в затылочной доле коры головного мозга. Глаз представляет собой сложную оптическую систему. Свет, проникающий в глаз, воздействует на фотохимическое вещество элементов сетчатки и разлагает его. Достигнув определенной концентрации, продукты распада раздражают нервные окончания, заложенные в палочках и колбочках. Возникающие при этом импульсы по волокнам зрительного нерва поступают в нервные клетки зрительного центра и мы видим цвет, скорму и величину предмета.

Функции палочек и колбочек различны. Колбочки обеспечивают так называемое «дневное» зрение. «Ночное» же зрение осуществляется с помощью палочек сетчатки. Разрешающая способность палочек и колбочек различна. Колбочки позволяют четко различать мелкие детали. Цветное зрение осуществляется исключительно через колбочковый аппарат. Палочки цвета не воспринимают и дают ахроматические изображения.

Чтобы видеть форму предмета, нужно четко различать его очертания. Эта способность глаза характеризуется как острота зрения, острота зрения измеряется минимальным углом (от 0,5° до 10°), при котором две точки еще воспринимаются отдельно на расстоянии 5 м. (5, с.49).

Согласованное движение глаз совершается с помощью трех пар мышц, вращающих глазное яблоко, зрительные оси обоих глаз всегда направлены на одну точку фиксации. Глаз чувствителен к видимому диапазону спектра электромагнитных волн (380 — 780 нм). Приблизительные границы длин и соответствующие им ощущения (цвета) следующие: 380 455 нм (фиолетовый); 455 — 470 нм (синий); 470 — 500 (голубой); 500 — 550 (зеленый); 540 — 590 (желтый); 590−610 (оранжевый); 610−780 (красный).

При восприятии объектов в двухмерном и трехмерном пространстве различают поле зрения и глубинное зрение. Бинокулярное зрение охватывает в горизонтальном направлении 120°-160°, по вертикали вверх 55°- 60° и вниз 65°-72°. При восприятии цвета размеры поля зрения сужаются. Зона оптимальной видимости ограничена полем: вверх 25°, вниз — 35°, вправо и влево по 32°. Глубинное зрение связано с восприятием пространства. Ошибка оценки абсолютной удаленности на расстоянии до 30 м равна в среднем 12% общего расстояния.

Орган слуха. Звуковые сигналы доставляют человеку значительную часть информации. Слух — способность организма воспринимать и различать звуковые колебания. Человеческому слуху доступна область звуков, т. е. механических колебаний частиц окружающей среды с частотой от 16 до 20 000 Гц.

Ухо представляет собой воспринимающую часть звукового анализатора. Его обычно делят на три отдела: наружное, среднее и внутреннее. Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового канала, затянутого упругой барабанной перепонкой, отделяющей среднее ухо. В полости среднего уха расположены слуховые косточки: молоточек, наковальня, стремячко, которые служат для передачи звуковых колебаний от барабанной перепонки во внутреннее ухо, где расположен кортиев орган, воспринимающий звук (5, с.52).

Полость среднего уха сообщается с полостью носоглотки с помощью евстахиевой трубы, по которой во время глотания воздух проходит в полость среднего уха.

Внутреннее ухо отличается наиболее сложным устройством. Оно состоит из трех частей: мешочков преддверия, улитки и трех полукружных каналов. Улитка воспринимает звуковые раздражения, а мешочки преддверия и полукружные каналы — раздражения, возникающие от перемены положения тела в пространстве. Звуковые волны, возникающие в окружающей среде проникают через наружный слуховой проход, приводят в колебание барабанную перепонку и через цепь слуховых косточек передаются в полость улитки внутреннего уха. Колебания жидкости в канале приводят в движение волокна основной перепонки в резонанс тем звукам, которые поступают в ухо. Колебания волокон улитки приводят в движение расположенные в них клетки кортиева органа. В результате этого возникает нервный импульс, который передается в соответствующий отдел коры больших полушарий головного мозга, где и синтезируется соответствующее слуховое представление. Орган слуха воспринимает далеко не все многочисленные звуки окружающей среды. Частоты близкие к верхнему и нижнему пределам слышимости, вызывают слуховое ощущение лишь при большой интенсивности и по этой причине обычно не слышны. С другой стороны, звуки очень большой интенсивности могут вызвать боль или даже повредить слух. Порог болевого ощущения лежит в пределах 130−140 дБ.

Обоняние — это способность воспринимать запахи. Эта способность осуществляется посредством обонятельного анализатора, периферическим отделом которого (рецептором) являются специфические нервные клетки, расположенные в слизистой оболочке верхнего и отчасти среднего носовых ходов. Человек обладает различной степенью обоняния к разным пахучим веществам. Чувствительность к некоторым веществам особенно высока. Например, этилмеркаптан вызывает обонятельное ощущение при содержании его в количестве 0,19 мг в 1 л воздуха.

Приятные запахи способствуют улучшению самочувствия человека, а неприятные могут оказывать угнетающее влияние, вызывать различные отрицательные реакции вплоть до тошноты, рвоты, обморока (от сероводорода, бензина и др.), они способны изменять температуру кожи, вызывать отвращение к пище, обострять чувствительность нервной системы, вести к подавленности, раздражительности. Обнаружено, что запах бензола и герантиола в значительной степени улучшает слух, а индола — ухудшает. Запахи пиридина и толуола повышают остроту зрения в сумерках, запах камфары повышает чувствительность глаза к зеленому цвету и понижает к красному. Снижение и потеря обоняния часто возникают при воспалительных и атрофических процессах в слизистой оболочке носа. В некоторых случаях нарушение обоняния является одним из существенных симптомов поражения ЦНС.

Вкус — ощущение, возникающее при воздействии определенных химических веществ, растворимых в воде, на специфические вкусовые рецепторы, расположенные на различных участках языка. Вкус складывается из четырех основных простых вкусовых ощущений: кислое, соленое, сладкое и горькое. Все остальные вариации вкуса являются результатом комбинации основных ощущений. Различные участки языка имеют различную чувствительность к вкусовым веществам. Кончик языка имеет наибольшую чувствительность к сладкому, края языка — к кислому, кончик и края — к соленому и корень языка наиболее чувствителен к горькому.

Абсолютные пороги вкусового анализатора, выраженные в величинах концентрации раствора примерно в 10 000 раз выше, чем обонятельного. Механизм восприятия вкусовых веществ связывают со спе-цифическими химическими реакциями на границе вещество — вкусовой рецептор. Предполагают, что каждый рецептор содержит высокочув-ствительные белковые вещества, распадающиеся при воздействии опреде-ленных вкусовых веществ. Возбуждение от вкусовых рецепторов передается в ЦНС по специфическим проводящим путям.

Осязание — сложное ощущение, возникающее при раздражении рецепторов кожи, наружных поверхностей слизистых оболочек и мышечно-суставного аппарата. Основное место в формировании осязания принадлежит кожному анализатору, который осуществляет восприятие внешних механических, температурных, химических и др. раздражителей кожи. Осязание складывается из тактильных, температурных, болевых и двигательных ощущений. Основная роль в ощущении принадлежит тактильным ощущениям — прикосновению и давлению.

Кожа — внешний покров тела — представляет собой орган с весьма сложным строением, выполняющий ряд важных жизненных функций. Кроме защиты организма от вредных внешних воздействий кожа выполняет рецепторную, секреторную, обменную функцию, играет значительную роль в терморегуляции и др. В коже различают два слоя: верхний — эпителиальный (эпидермис) и нижний — соединительнотканный (собственно кожа — дерма). В коже имеется большое количество кровеносных и лимфатических сосудов. Нервный аппарат кожи состоит из многочисленных пронизывающих дерму нервных волокон и особых концевых образований. Важной защитной функцией кожи является ее участие в терморегуляции (поддержании нормальной температуры тела), 80% всей теплоотдачи организма осуществляется кожей. Секреторная функция осуществляется сальными и потовыми железами. С кожным салом могут выделяться некоторые лекарственные (йод, бром), а также токсичные вещества.

Обменная функция кожи заключается в участии в регуляции общего обмена веществ в организме, особенно водного, минерального и углеводного. Рецепторная функция кожи заключается в восприятии извне и передаче в ЦНС ряда ощущений. Различаются следующие виды кожной чувствительности: тактильную, болевую, температурную. Тактильный анализатор воспринимает воздействие механических стимулов (прикосновение, давление). Наиболее высоко развита чувствительность на дистальных частях тела. Примерные пороги ощущения для кончиков пальцев руки — 3 г/мм2, на тыльной стороне пальца — 5 г/мм2, на тыльной стороне кисти — 12 г/мм2, на животе — 26 г/мм2, на пятке — 250 г/мм2.

Температурная чувствительность обеспечивается двумя видами рецепторов: одни реагируют только на холод, другие — только на тепло. Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов: при контактном воздействии ощущение возникает уже на площади в 1 мм², при лучевом — начиная с 700 мм². Абсолютный порог температурной чувствительности определяется по минимальному ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно физиологического нуля, т. е. собственной температуры данной области кожи. Для тепловых рецепторов он равен примерно 0,2 С, для Холодовых 0,4° С. Порог различительной чувствительности около 1° С.

Болевая чувствительность. Ощущение боли возникает при нарушении нормального течения физиологических процессов в организме, обусловленном воздействием вредных для него факторов. Биологический смысл боли в том, что она, являясь сигналом опасности, мобилизует организм на борьбу за самосохранение. Под влиянием болевого сигнала перестраивается работа всех систем организма и повышается его реактивность. Субъективно человек воспринимает боль как тягостное, гнетущее ощущение. Объективно боль сопровождается рядом вегетативных реакций (расширение зрачков, повышение кровяного давления, бледность кожных покровов лица и др.), характерной позой и движениями, направленными на уменьшение боли.

Боль возникает при раздражении чувствительных нервных окончаний, заложенных в органах и тканях. К ним относятся специальные рецепторные образования, представляющие разветвления окончаний нервов, возбуждение от которых передается в ЦНС по двум видам нервных волокон, одни проводят болевые импульсы со скоростью 1−2 м/с, другие 10−15 м/с. Характер болевых ощущений зависит о. т особенностей органа и силы раздражительного воздействия. Например, боль при ранении кожи отличается от головной. При травме нервных стволов возникает жгучее болевое ощущение — каузалгия. Многочисленные заболевания характеризуются болью, которая указывает на наличие и локализацию процесса — так называемая симптоматическая боль (5, с.67).

По месту возникновения различают два типа симптоматических болей:

• 1. Висцеральные боли появляются при поражении патологическим процессом внутренних органов (сердце, желудок, печень, почки и др.). Эти боли характеризуются большой интенсивностью и широкой иррадиацией, возможны так называемые «отраженные боли», когда при поражении внутреннего органа боль ощущается в другой части тела.
• 2. Соматические боли возникают при патологических процессах в коже, костях, мышцах. Эти боли точно локализованы.

Двигательный анализатор. Двигательные реакции (связанные с мышечным сокращением) являются одним из наиболее распространенных видов рефлекторных реакций организма, которые обеспечивают ориентацию и перемещение тела в пространстве. По характеру мышечных сокращений все двигательные реакции могут быть разделены на две категории: 1) реакции, обеспечивающие тонус мышечных волокон — длительные тонические сокращения; 2) реакции — обеспечивающие локальные движения.

Любой, даже самый простой двигательный акт является результатом очень сложно и точно согласованной работы многих мышечных групп, что в свою очередь отражает очень сложные процессы в ЦНС. При этом важную роль играет двигательный или кинестетический анализатор. При помощи двигательного анализатора можно оценить силу мышечного сокращения, амплитуду и направление движения, положение тела в пространстве и т. д. В регуляции тонуса мышц важную роль играет целый ряд отделов головного мозга. Так, например, тонус скелетных мышц зависит прежде всего от поступления к нейронам спинного мозга непрерывных импульсов возбуждения от проприорецепторов самих мышц. Прекращение поступления нервных импульсов к мышцам приводит к резкому снижению тонуса.

С помощью анализаторов человек получает огромную информацию о внешнем мире. Количество информации принято измерять в двоичных знаках — битах. У человека поток информации через зрительный рецептор равен 10−10 бит/с, нервные пути пропускают 2×10 бит/с, до сознания доходит 50 бит/с, в памяти прочно удерживается только 1 бит/с. Таким образом, за 80 лет жизни память удерживает информацию порядка 109 бит. Следовательно, мозгом оценивается не вся, а наиболее важная информация. Получаемая от среды информация определяет работу функциональных систем организма и поведение человека. Для управления поведением человека и активностью его функциональных систем (т.е. выходной информации, идущей из мозга) достаточно около 10 бит/с при подключении программ, содержащихся в памяти (5, с.69).

экстремальный стресс адаптация иммунитет.