Общее строение и функции организма

Человеческий организм состоит из клеток, объединенных в ткани. Различные ткани соединяются между собой и образуют органы — части тела, имеющие определенную форму, строение, место и выполняющие одну или несколько функций. Органы, совместно выполняющие общие функции, составляют системы органов. И для того, чтобы лучше разбираться в деятельности систем органов человека, необходимо, прежде всего, познакомиться со строением клеток и тканей, а уж затем — с расположением органов внутри человеческого тела и общими принципами регуляции функций организма.

Чтобы подробно изучить строение клеток и тканей человека, не обязательно разглядывать их через микроскоп

Строение клетки

Клетка и ее структуры

Клетки человека имеют очень разные размеры: многие измеряются десятками микрометров, но есть и значительно более крупные или мелкие. Каждая клетка окружена плазматической мембраной из липидов и белков, избирательно регулирующей обмен с окружающей средой. В цитоплазме находятся органоиды. Митохондрии участвуют в образовании АТФ, лизосомы расщепляют многие молекулы, эндоплазматическая сеть участвует в синтезе белков и липидов, а аппарат Гольджи модифицирует, сортирует и упаковывает их. Небольшие транспортные пузырьки-везикулы обычны для клеток человека, а крупная центральная вакуоль, регулирующая тургор, характерна прежде всего для растительных клеток.

Большая часть ДНК клетки находится в ядре, небольшое количество — в митохондриях. В ядрах большинства соматических клеток человека 46 хромосом. Митохондриальная ДНК представляет собой небольшую кольцевую молекулу, причем в одной митохондрии может быть несколько ее копий. Ген — участок ДНК, содержащий информацию для образования функционального продукта: белка или молекулы РНК. Многие признаки зависят от работы множества генов во взаимодействии со средой; темперамент и способности нельзя объяснять как прямой результат одного гена или белка.

Строение хромосом и молекулы ДНК

Митоз и мейоз

Перед митозом клетка проходит интерфазу, в S-фазе которой реплицируется ДНК и каждая хромосома оказывается представлена двумя сестринскими хроматидами. Во время профазы хромосомы конденсируются, в метафазе выстраиваются в экваториальной области клетки, в анафазе сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам, а в телофазе формируются новые ядра. Затем цитокинез разделяет цитоплазму. В результате две дочерние клетки получают одинаковый набор хромосом.

Митоз и мейоз — два способа деления клетки

Создание клеток с одинарным числом хромосом требует иного способа деления, он называется мейозом. При оплодотворении — клетки с одинарным набором хромосом сливаются, и вновь образуется клетка с 46 хромосомами, которая и дает начало новому организму. Мейоз предотвращает удвоение числа хромосом в каждом поколении.

Срок жизни клеток в разных тканях очень различается. Многие клетки крови и эпителия обновляются быстро, клетки печени способны делиться при необходимости, а большинство нейронов головного мозга живут десятилетиями. При этом нервная система остается пластичной: меняются связи и свойства клеток.

Ткани

Ткани — это группы клеток, сходных по происхождению, строению и функциям. Например, эпителиальная ткань (эпителий) покрывает поверхность тела снаружи и изнутри, выстилает все его полости. Следовательно, она выполняет функции защиты, всасывания, секреции и восприятия раздражения. Соединительная ткань включает в себя кости и сухожилия, жидкие ткани (кровь и лимфу). Она участвует в обмене веществ и в формировании иммунитета, образует скелет, является структурой многих органов. Мышечная ткань обеспечивает движение человека или его отдельных органов. Нервная ткань способствует слаженной работе всех органов.

В человеке около 30 триллионов собственных клеток, и они составляют различные ткани

Системы органов

Группы органов, выполняющих общие функции, объединены в системы. Человеческий организм состоит из пищеварительной, костной, мышечной и кожной, лимфатической, сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной, выделительной и эндокринной системы. Каждая система выполняет определенную функцию. От качества ее исполнения зависит здоровье организма в целом. Функции связаны между собой, и разные системы оказывают друг другу помощь в их исполнении. Природа дала человеческому организму уникальный механизм саморегуляции и самовосстановления.

Полости тела

Полости тела — пространства, в которых расположены и защищены внутренние органы. Черепная полость содержит головной мозг; носовая перегородка разделяет правую и левую половины носовой полости. В туловище выделяют грудную, брюшную и тазовую области. Грудную и брюшную полости разделяет диафрагма. Мозговые оболочки не являются «перегородкой» полостей: они покрывают и защищают головной и спинной мозг.

В черепной полости находятся мягкие ткани мозга. Саму полость изнутри выстилают 3 мозговые оболочки — твердая, паутинная и мягкая. В основании черепа имеется большое отверстие, через которое спинной мозг входит в черепную полость

Полость черепа

Череп защищает головной мозг и органы чувств. Мозг покрыт тремя мозговыми оболочками и окружен спинномозговой жидкостью. У новорожденного кости свода черепа соединены швами, а между некоторыми из них остаются роднички из соединительной ткани. Роднички постепенно закрываются в первые годы жизни, но сами швы сохраняются значительно дольше. В основании черепа имеются отверстия для сосудов и нервов; через большое затылочное отверстие головной мозг переходит в спинной.

Мозговые оболочки защищают самый главный орган нашего тела

Грудная полость

Грудная полость ограничена грудной стенкой и диафрагмой. В ней расположены легкие, сердце, крупные сосуды, тимус, пищевод и другие структуры. В альвеолах легких происходит газообмен: кислород переходит из воздуха в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. Бронхи лишь проводят воздух и сами не «переносят кислород в кровь». Сердце направляет бедную кислородом кровь из правого желудочка в легкие, а богатая кислородом кровь возвращается по легочным венам в левое предсердие и затем выбрасывается левым желудочком в аорту.

Грудная полость

Брюшная полость

Брюшная полость — это самая большая полость человеческого тела. Она занимает пространство под диафрагмой и доходит до паховой области. Спереди ее прикрывает мышечный пресс, а сзади ограничивает позвоночник. Разделяется на собственно брюшную полость и полость таза. В брюшной полости расположены селезенка, и большая часть пищеварительного тракта — желудок, почти весь кишечник, печень с желчным пузырем и поджелудочная железа, а также часть выделительной системы — почки и мочеточники, ведущие в мочевой пузырь. Сам же мочевой пузырь, прямая кишка и репродуктивные органы расположены в полости таза.

Брюшная полость, вид спереди. На рисунке наглядно представлены печень (крупнейшая железа человеческого тела), почки и матка. Хотя матка занимает очень мало места, во время беременности она сильно увеличивается и смещает некоторые органы так, что желудок оказывается на уровне грудной полости

Брюшина и органы брюшной полости

Брюшина — серозная оболочка, выстилающая стенки брюшной полости и покрывающая многие органы. Ее складки — брыжейки и связки — поддерживают органы и проводят к ним сосуды, лимфатические пути и нервы. Париетальная брюшина чувствительна к прикосновению, давлению и раздражению, тогда как висцеральная лучше воспринимает растяжение и химические раздражители. Брюшина не просто «помещает органы в небольшое пространство», а образует их оболочки и опорные структуры.

Поперечное сечение брюшной полости

Брюшная полость в продольном сечении

Оболочки тела

Оболочки — это слои тканей, которые покрывают, выстилают и разделяют внутренние органы. Существует несколько типов оболочек.

Слизистые оболочки обычно выстилают изнутри трубчатые органы, например, пищевод и кишечник. В них имеются особые клетки, выделяющие вязкую жидкость — слизь. Она участвует в борьбе с инфекцией, а также увлажняет и сохраняет пластичность внутренней поверхности различных органов и их систем. В оболочках, выстилающих кишечник, имеются отростки-ворсинки, что увеличивает площадь их поверхности. Большая часть слизистой оболочки матки (эндометрия) изливается во время менструации каждый месяц, а затем восстанавливается.

Слизистая оболочка с ресничками, выстилающая дыхательный тракт, способствует удалению из легких инородных частиц

Синовиальные оболочки покрывают сухожилия и поверхности суставов. Они содержат смазывающую (синовиальную) жидкость, которая защищает и смазывает суставы.

Серозные оболочки выстилают некоторые полости тела и покрывают находящиеся в них органы. К ним относятся плевра вокруг легких, перикард вокруг сердца и брюшина в брюшной полости; небольшое количество жидкости между листками уменьшает трение.

Синовиальная оболочка, выстилающая капсулу сустава, выделяет смазку для сустава, необходимую в процессе движения

Мозговые оболочки защищают головной и спинной мозг.

Зародыш в теле матери защищен от ударов особой — амниотической оболочкой. После родов эта оболочка выходит вместе с плацентой.

Обмен веществ

Обмен веществ, или метаболизм, — совокупность химических реакций, поддерживающих жизнь. Он включает взаимосвязанные процессы синтеза (анаболизма) и распада (катаболизма). Ферменты ускоряют конкретные биохимические реакции — например, переваривание питательных веществ или синтез молекул, — но не «выполняют дыхание и кровообращение» как функции целых систем. Гормоны регулируют обмен веществ, рост, репродуктивные процессы и многие другие функции. Для роста детям и подросткам нужны не просто «лишние калории», а достаточное и сбалансированное поступление энергии и питательных веществ; у взрослых избыток энергии может запасаться преимущественно в жировой ткани.

Превращения пищи в человеческом организме

Обмен белков, жиров и углеводов

Белки являются основной составной частью клеточного вещества. В пищеварительном тракте они расщепляются до аминокислот, которые всасываются в кишечнике и поступают в кровь. Из них клетки организма образуют новые белки. Однако уже не те, которые входили в состав пищи, а свойственные только человеческому телу. Так как в организме происходит непрерывное отмирание старых клеток, то взамен их всё время создаются новые. Для их построения и нужен белок.

Пищевые жиры в кишечнике расщепляются главным образом до жирных кислот и моноглицеридов. В энтероцитах из них снова образуются триглицериды, которые упаковываются в хиломикроны. Большинство длинноцепочечных жиров сначала поступает в лимфатические сосуды кишечника, а затем — в кровоток. Липиды служат источником энергии, входят в состав мембран и выполняют множество сигнальных функций.

Углеводы всасываются в кровь в виде моносахаридов, главным образом глюкозы (виноградного сахара). Откладываются они в организме в виде животного крахмала — гликогена. По мере необходимости гликоген расщепляется на моносахариды и поступает в кровь. Гликоген откладывается главным образом в печени и мышцах. Избыток углеводов может превращаться в организме в жир.

Некоторые аминокислоты синтезируются в организме, однако многие человек должен получать с пищей. Такие аминокислоты называются незаменимыми. Среди них: валин, гистидин, лейцин, триптофан и др. Поэтому желающим сесть на диету необходимо, прежде всего, посоветоваться со специалистами, иначе можно лишиться нужных для организма веществ и тяжело заболеть. Многие нарушения метаболизма вызываются врожденной и наследственной недостаточностью работы ферментов, что ведет к накоплению ядовитых веществ в организме.

Гомеостаз

Человеческий организм, чтобы оставаться здоровым, должен постоянно поддерживать внутреннее равновесие при изменяющихся внешних обстоятельствах. Такая способность к саморегуляции и называется гомеостазом. Гомеостаз обеспечивается разными механизмами, которые вместе образуют единую регуляторную систему, отвечающую за все функции тела человека. Потому что, если даже один из механизмов выходит из равновесия, страдает весь организм.

Гомеостаз осуществляется в режиме обратной связи. Это значит, что если при каком-то процессе вырабатывается слишком много вещества (или энергии), то оно (или она) начинает тормозить собственную выработку. Если же этого вещества мало, то его недостаток активирует выработку. В организме, для надежности, многие подобные системы дублируются, выполняя одинаковые функции.

Благодаря механизмам регуляции гомеостаза обеспечивается нормальная жизнедеятельность организма и функционирование всех его систем. Поэтому человеческое тело способно сопротивляться болезням, восстанавливаться после стресса и не изменяться под неблагоприятным воздействием извне.

Один из таких механизмов — терморегуляция. Организм стремится удерживать внутреннюю температуру в сравнительно узком диапазоне, но она не остается абсолютно постоянной: меняется в течение суток, при физической нагрузке, болезни, гормональных изменениях и под воздействием окружающей среды.

Органы, обеспечивающие гомеостаз

Гипоталамус

За гомеостаз отвечают вегетативная нервная и эндокринная системы. Они независимо от нашего сознания регулируют функцию сердца, легких, желудка, кишечника, мочевого пузыря, половых органов и кровеносных сосудов. Реакция вегетативной нервной системы быстрая и длится необходимое организму время. Эндокринная система реагирует гораздо медленнее, но ее действие длится дольше. В некоторых случаях обе системы работают независимо.

Яркий пример гомеостаза — регуляция водного баланса. Вода составляет примерно половину–две трети массы тела взрослого, но эта доля заметно зависит от возраста, пола и состава тела. Когда осмолярность крови растет или объем жидкости снижается, рецепторные и гормональные механизмы с участием гипоталамуса вызывают жажду и регулируют выделение воды почками, в том числе через антидиуретический гормон.

Содержание воды в организме человека

Современное определение гена сверено с NHGRI, а оценка числа клеток — с NIGMS. Для углубления: «Клетки и ткани».