Układ oddechowy i krążenia. Krew

Pochodzenie mózgu Saveliev Siergiej Wiaczesławowicz

§ 6. Zużycie tlenu przez mózg

Łączenie intensywności metabolizmu mózgu z całkowitym zużyciem tlenu przez organizm jest całkowicie błędne (Schmidt-Nielsen, 1982). Rzeczywiście, u ryjówki zużycie tlenu na 1 kg masy ciała wynosi 7,4 l / h, a u słonia - 0,07 l / h. Jest to jednak całkowite zużycie tlenu, które różni się o rzędy wielkości w różne części ciała zarówno słonia, jak i ryjówki. Ponadto u zwierząt o różnej biologii ilość zużywanego tlenu przez te same narządy ciała również znacznie się różni. Pojęcie zmiany zużycia tlenu w mózgu proporcjonalnej do wielkości ciała pozostaje dziwnym nieporozumieniem. Jeśli u jakiegokolwiek ssaka zużycie tlenu przez mózg spadnie poniżej 12,6 l/(kg-h), następuje śmierć. Przy takim poziomie tlenu mózg może pozostać aktywny tylko przez 10–15 sekund. Po 30-120 sekundach aktywność odruchowa zanika, a po 5-6 minutach rozpoczyna się śmierć neuronów. Innymi słowy, tkanka nerwowa praktycznie nie ma własnych zasobów. Ani ryjówka, ani nawet słoń nie miałyby szans na przeżycie, gdyby nie zapewniono dopływu tlenu do mózgu specjalne mechanizmy. Mózg otrzymuje tlen, wodę z roztworami elektrolitów i składniki odżywcze zgodnie z prawami, które nie mają nic wspólnego z intensywnością metabolizmu innych narządów. Wartości zużycia wszystkich „zużywalnych” składników są względnie stabilne i nie mogą spaść poniżej pewnego poziomu, który zapewnia funkcjonalną aktywność mózgu.

Należy zauważyć, że mózg często renderuje decydujący wpływ na metabolizm całego zwierzęcia. Zużycie energii przez mózg nie może spaść poniżej określonej wartości. Zapewnienie tego poziomu osiąga się w różnych grupach systematycznych poprzez zmianę tempa krążenia krwi w naczyniach układu nerwowego. Przyczyną tych różnic są zmiany liczby naczyń włosowatych w 1 mm tkanki mózgowej. Oczywiście w różne działy mózgu długość naczyń włosowatych może się znacznie różnić. W zależności od obciążenia fizjologicznego światło naczyń włosowatych może również zmieniać się dynamicznie. Niemniej jednak ten bardzo przeciętny wskaźnik naświetla przyczyny wzrostu częstości akcji serca u małych ssaków. Im mniejsza sieć naczyń włosowatych mózgu, tym większa musi być prędkość przepływu krwi, aby zapewnić niezbędny dopływ tlenu i składników odżywczych. Możesz zwiększyć metabolizm ze względu na tętno, oddychanie i szybkość spożywania pokarmu. Tak dzieje się u małych ssaków. Informacje o gęstości naczyń włosowatych w mózgu zwierząt są bardzo pobieżne. Istnieje jednak ogólny trend pokazujący ewolucyjny rozwój sieci naczyń włosowatych mózgu. U żaby błotnej długość naczyń włosowatych 1 mm 3 tkanki mózgowej wynosi około 160 mm; u całej głowy chrząstki 500; u rekina 100; myszy 700, szczury - 900, króliki - 600, koty - 900 , psy - 900, a naczelne i ludzie - 12001400 mm. Należy wziąć pod uwagę, że przy skracaniu długości naczyń włosowatych zmniejsza się powierzchnia ich styku z tkanka nerwowa maleje wykładniczo. Wskazuje to, że aby utrzymać minimalny poziom dopływu tlenu do mózgu, serce ryjówki musi kurczyć się kilka razy częściej niż u naczelnych i ludzi. Rzeczywiście, dla osoby ta wartość wynosi 60–90 na minutę, a dla ryjówki 130–450. Masa serca ryjówki powinna być proporcjonalnie większa. Stanowi około 4% u ludzi, 8% u kapucynów i 14% u ryjówek całkowitej masy ciała. Dlatego jednym z kluczowych narządów decydujących o metabolizmie zwierząt jest mózg.

Spróbujmy oszacować rzeczywisty udział energii zużywanej przez organizm zwierząt o różnej masie mózgu i ciała. Duża względna masa układu nerwowego małych ssaków stawia wysokie wymagania co do poziomu metabolizmu samego mózgu. Koszt jego utrzymania jest porównywalny z kosztem utrzymania ludzkiego mózgu, który jest dobrze zbadany. Podstawowe zużycie składników odżywczych i tlenu przez ludzki mózg wynosi około 8-10% całego organizmu. Gdy organizm jest nieaktywny, wartość ta jest mniej więcej stała, chociaż u dużych i małych przedstawicieli tego gatunku może znacznie się wahać. Jednak nawet ta wartość jest nieproporcjonalnie duża. Ludzki mózg stanowi 1/50 masy ciała i zużywa 1/10 całej energii - 5 razy więcej niż jakikolwiek inny narząd. Są to dane nieco zaniżone, ponieważ samo zużycie tlenu wynosi 18%. Dodajmy do tego koszty utrzymania rdzenia kręgowego i układ peryferyjny i uzyskać około 1/7. W rezultacie w stanie nieaktywnym układ nerwowy człowieka zużywa około 15% energii całego organizmu. Rozważmy teraz sytuację z aktywnie pracującym mózgiem i obwodowym układem nerwowym. Według najbardziej ostrożnych szacunków koszty energii jednego mózgu są ponad dwukrotnie większe. Biorąc pod uwagę ogólny wzrost aktywności całego układu nerwowego, można śmiało przyjąć, że około 25–30% wszystkich wydatków organizmu przypada na jego utrzymanie (ryc. I-8).

Układ nerwowy ssaków okazuje się niezwykle „drogim” narządem, więc im mniej mózg pracuje w trybie intensywnym, tym tańsze jest jego utrzymanie. Problem rozwiązuje się na różne sposoby. Jedna z metod wiąże się z minimalizacją czasu intensywnego trybu pracy układu nerwowego. Osiąga się to dzięki dużemu zestawowi wrodzonych, instynktownych programów zachowania, które są przechowywane w mózgu jako zestaw instrukcji. Instrukcje dla różne formy zachowania wymagają jedynie niewielkich dostosowań do określonych warunków. Mózg prawie nigdy nie jest używany do podejmowania indywidualnych decyzji na podstawie osobistych doświadczeń zwierzęcia. Przetrwanie staje się proces statystyczny stosowanie gotowych form zachowań do określonych warunków środowiskowych. Koszty energii na utrzymanie mózgu stają się ogranicznikiem aktywności intelektualnej małych zwierząt.

Załóżmy na przykład, że kret amerykański decyduje się używać swojego mózgu, tak jak robią to naczelne lub ludzie. Rozważ warunki początkowe. Kret o masie 40 g ma mózg o masie 1,2 g oraz rdzeń kręgowy wraz z obwodowym układem nerwowym o masie ok. 0,9 g. system nerwowy, czyli więcej niż 5% masy ciała, kret wydaje około 30% wszystkich zasoby energii organizm. Jeśli pomyśli o rozwiązaniu problemu szachowego, to koszt utrzymania mózgu przez jego ciało podwoi się, a kret natychmiast umrze z głodu. Nawet jeśli kret wciska się w jelita nieskończoności dżdżownica z czarny kawior i tak umrze. Mózg będzie potrzebował tak dużo energii, że pojawią się nierozwiązywalne problemy z szybkością produkcji tlenu i dostarczaniem początkowych składników metabolicznych z przewód pokarmowy. Podobne trudności pojawią się przy wydalaniu produktów przemiany materii układu nerwowego i jego elementarnym chłodzeniu. Tak więc małe owadożerne i gryzonie są skazane na to, by nie zostać szachistami. Ich mózg jest instynktowny, a problemy energetyczne jego treści stanowią bariery nie do pokonania dla rozwoju indywidualnych zachowań. Na poziomie indywidualnym może wystąpić jedynie zmienność w stosowaniu wrodzonych programów behawioralnych.

Ryż. I-8. procesy metaboliczne w mózgu naczelnych.

W metabolizmie układu nerwowego można wyróżnić trzy główne procesy dynamiczne: wymianę tlenu i dwutlenku węgla, zużycie materia organiczna i wydalania produktów katabolizmu, wymiany roztworów wody i elektrolitów. Proporcje spożycia tych substancji przez ludzki mózg podano na dole. Wymiana roztworów wody i elektrolitów jest obliczana jako czas potrzebny do przejścia całej wody w organizmie przez mózg. Górna linia to stan pasywny, dolna linia to ciężka praca system nerwowy.

Jednak wystarczy nieznacznie zwiększyć rozmiar ciała, a powstaje jakościowo inna sytuacja. szary szczur (Rattus rattus) ma układ nerwowy ważący około 1/60 masy ciała. To już wystarczy do dotarcia zauważalny spadek względny metabolizm mózgu. Nie ma sensu powtarzać wyników intelektualnych eksperymentów i obserwacji szczurów, a stopień indywidualizacji zachowania nie jest porównywalny z poziomem kretów i ryjówek. Oczywista przewaga zwiększenie masy ciała ma na celu zmniejszenie kosztów utrzymania mózgu. Praca na stałe oddziały peryferyjne nie są tak kosztowne jak mózg, więc wzrost masy ciała prowadzi do względnego „tanienia” mózgu.

Dlatego do stworzenia zindywidualizowanego mózgu potrzebne jest zwierzę o odpowiednio dużej masie ciała. Innymi słowy, istnieje rodzaj bariery, która poprzez rozmiary ciała i masę mózgu ogranicza zdolność zwierząt do uczenia się i indywidualizacji zachowań. Małe zwierzę z dużym mózgiem i wysokimi kosztami utrzymania nie będzie w stanie zapewnić kosztów energii na zwiększenie swojej aktywności. Nie można więc oczekiwać rozwiązań złożonych problemów ani głębokiej indywidualizacji zachowań adaptacyjnych. Jeśli zwierzę jest duże, a rozmiar mózgu stosunkowo mały, to dopuszczalne są znaczne wahania kosztów energii na jego utrzymanie. W tej sytuacji zarówno indywidualizacja zachowania, jak i złożone procesy uczenie się. Jednak nawet u dużego zwierzęcia z dobrym rozwinięty mózg są problemy z energią. Układ nerwowy jest zbyt drogi do intensywnej eksploatacji. Mały i intensywnie pracujący układ nerwowy zużywa ogromną część zasobów organizmu. Ta sytuacja jest niekorzystna. Energetycznie uzasadnionym rozwiązaniem może być tylko krótkotrwałe użycie mózgu do rozwiązania konkretnych problemów. Obserwuje się to u dużych ssaków. Krótka aktywność szybko zostaje zastąpiona przedłużonym odpoczynkiem.

Tak więc mały i duży układ nerwowy ma swoje zalety. Aby wdrożyć instynktowne zachowanie, możesz mieć mały mózg, ale jego zdolność adaptacji ogranicza się do modyfikacji instynktu. duży mózg kosztuje swojego właściciela dość drogo, ale wysokie koszty energii są w pełni uzasadnione. Duży mózg pozwala sobie z tym poradzić wymagające zadania którzy nie mają gotowych instynktownych rozwiązań. Koszt wdrożenia takich mechanizmów zachowań adaptacyjnych jest bardzo wysoki, dlatego zarówno zwierzęta, jak i ludzie starają się jak najmniej wykorzystywać mózg.

Przywilej układu nerwowego

Układ nerwowy wielu zwierząt (a zwłaszcza ssaków) ma jedną właściwość, która stawia go w wyjątkowej pozycji. Ta właściwość jest związana z jego izolacją od reszty organizmu. Jako główny mechanizm integracji pracy narządy wewnętrzne a podstawą zachowania jest „ obce ciało» dla własnego ciała. Układ odpornościowy postrzega układ nerwowy jako coś w rodzaju ciernia w boku. Jeśli układ odpornościowy „dostanie się” do mózgu, rozpoczynają się ciężkie procesy autoimmunologiczne, które są niezgodne z życiem.

Powstaje paradoksalna sytuacja. Układ nerwowy zużywa ogromną część tlenu i składników odżywczych całego organizmu, które otrzymuje przez krew. Jednocześnie należy go starannie odizolować układ krążenia, ponieważ jest uważany przez komórki układu odpornościowego za obcy obiekt.

Z punktu widzenia biologicznej celowości istnieje wyraźna sprzeczność. Główny narząd integrujący nie powinien być obcy układowi odpornościowemu. Niemniej jednak jest to fakt, który dość łatwo znaleźć jednoznaczne wyjaśnienie. W mózgu jest zbyt wiele wyspecjalizowanych składników organicznych, które nie są używane nigdzie indziej w ciele. Utwórz w układ odpornościowy mechanizm rozpoznawania ich jako „swoich” komórek jest niezwykle trudny i nieuzasadniony. Znacznie „taniej” jest po prostu oddzielić układ nerwowy od reszty organizmu. Ta zasada izolacji jest realizowana w jądrach, jajnikach i układzie nerwowym. W swojej najbardziej ogólnej formie izolacja układu nerwowego jest utrzymywana przez barierę krew-mózg, która składa się z kilku rodzajów wyspecjalizowanych komórek. Aby poradzić sobie z izolacją układu nerwowego od reszty organizmu, konieczne jest rozważenie elementarnych zasad jego budowy.

Z książki Najnowsza księga faktów. Tom 1 [Astronomia i astrofizyka. Geografia i inne nauki o ziemi. Biologia i medycyna] autor

Z książki Oko umysłu autor Hofstadtera Douglasa Roberta

Z książki Mózg i dusza [Jak aktywność nerwowa kształtuje nasze wewnętrzny świat] przez Fritha Chrisa

26 Douglas Hofstadter Rozmowa z mózgiem Einsteina Achilles i żółw przypadkowo zderzają się na brzegu ośmiokątnego stawu w Ogrodach Luksemburskich w Paryżu. Staw ten od zawsze był ulubionym miejscem wycieczek łodzią młodych par; obecnie ich łodzie są często

Z książki Najnowsza księga faktów. Tom 1. Astronomia i astrofizyka. Geografia i inne nauki o ziemi. Biologia i medycyna autor Kondraszow Anatolij Pawłowicz

Nie postrzegamy świata, ale jego model stworzony przez mózg To, co postrzegamy, to nie surowe i niejednoznaczne sygnały płynące ze świata zewnętrznego do naszych oczu, uszu i palców. Nasza percepcja jest znacznie bogatsza – łączy w sobie wszystkie te surowe

Z książki Krew: rzeka życia [Od starożytnych legend do odkryć naukowych] autor Asimov Isaac

Jakie jest zużycie energii przez ludzki mózg? Ustalono, że w stanie czuwania ludzki mózg zużywa około 20

Z książki Hodowla ryb, raków i drobiu autor Zadoroznaja Ludmiła Aleksandrowna

Dlaczego regularne spożywanie alkoholu, nawet umiarkowane, jest szkodliwe dla organizmu? Alkoholizm jest jedną z odmian narkomanii. Nawet umiarkowane spożycie alkoholu może prowadzić do ciężkiego, czasem prawie nieodpartego uzależnienia. Mechanizm tego

Z książki Stan obecny biosfera i polityka środowiskowa autor Kolesnik Yu.A.

Rozdział 4 Przeszkody dla tlenu W normalnej atmosferze hemoglobina wiąże tylko tlen. Oznacza to, że na wiązanie tlenu nie mają wpływu inne składniki powietrza, takie jak azot, dwutlenek węgla, para wodna czy argon. Hemoglobina się zbiera

Z książki Chemia biologiczna autor Lelewicz Władimir Waleryanowicz

Z książki autora

7,5. Obieg tlenu Spośród wszystkich gazów obecnych w atmosferze, jak również tych rozpuszczonych w Oceanie Światowym, tlen jest szczególnie interesujący, ponieważ zapewnia wysoką wydajność energetyczną podczas dysymilacji tlenowej dla prawie wszystkich organizmów na Ziemi i zasadniczo leży w

Z książki autora

Reaktywne formy tlenu (wolne rodniki) W organizmie w wyniku reakcji redoks stale powstają reaktywne formy tlenu (ROS) podczas jednoelektronowej redukcji tlenu (cząsteczka ma niesparowany elektron na

Na pytanie Ile tlenu zużywa mózg? podane przez autora Przeliczenie się najlepszą odpowiedzią jest Chociaż u osoby dorosłej masa mózgu wynosi tylko około 2% masy ciała, mózg zużywa około 25% całkowitego tlenu wchłanianego przez organizm...
Mózg zużywa mniej więcej tyle samo tlenu co aktywny mięsień.
(„odpoczynkowy” mózg zużywa 9% całej energii i 20% tlenu, „myślący” - zużywa około 25% składników odżywczych wchodzących do organizmu i około 33% niezbędne dla organizmu tlen)

Odpowiedź od Snajper[guru]
Dlaczego to tak obciąża mózg...


Odpowiedź od Nerwica[guru]
skąpiec


Odpowiedź od rzucić[aktywny]
Wszystkie składniki odżywcze i tlen, i ogólnie wszystko, co jest potrzebne, jest dostarczane do narządów przez krew, a jak wiadomo, skład krwi jest przez organizm bardzo ściśle przestrzegany… najmniejsze odchylenie prowadzi do różnych patologii. Z tego punktu widzenia stężenie tlenu we krwi jest stałe i dostarczane do narządów zgodnie z ich stosunkiem masowym, a nie 10-30, a tym bardziej nie 90% węglowodanów, jak wspomniano powyżej. Cóż, jak słusznie powiedziano, to zależy od prądu, w jakim stopniu pewne tkanki są obciążone pracą, gdzie procesy redoks przebiegają tam szybciej i przepływ krwi jest bardziej intensywny, a co za tym idzie wchłanianie tlenu.. o tym nie można mówić dowolne średnie statystyczne wartości procentowe. A największe zużycie tlenu jest nadal w mięśniach... a nie w mózgu :))))


Odpowiedź od Lady Galina cskdf[guru]
Jeśli mózg jest napięty, tj. działa, bierze dokładnie tyle, ile potrzebuje, bo to MÓZG! Cóż, jeśli jest leniwy, to po co mu tlen? Umrze bez chęci do pracy. Czy to prawda?


Odpowiedź od Krystyna to ja[aktywny]
nie mam jednego....


Odpowiedź od Gieorgij Jurjewicz[guru]
A jeśli mózgi to kurczaki


Odpowiedź od Belkina Ekaterina[guru]
To zależy od mózgu i procesu myślowego.


Odpowiedź od Iwanow Iwan[guru]
Według różnych szacunków 10-30%.
Ale to nie jest ważniejsze, ale to, że inne narządy mogą obejść się bez tlenu przez bardzo długi czas,
wtedy mózg w ciągu kilku minut ginie w częściach (udar) lub całkowicie.
Przepływ krwi, przez który hemoglobina przenosi tlen do mózgu, jest zablokowany - i to wszystko.
A przy braku O2 w powietrzu nie ma również mechanizmu, który mobilizowałby go w całości do mózgu, więc tutaj cierpi jako pierwszy


Odpowiedź od powodzenie[guru]
Tyle, ile potrzebujesz do pełnego funkcjonowania organizmu!


Odpowiedź od Irka-durka[ekspert]
a 4e tebya takou vopros zainteresoval=)


Odpowiedź od Rozmyty dżin[guru]
15 procent tlenu.


Odpowiedź od Aleksander Solid[guru]
Dopływ tlenu do mózgu zależy od koloru, na jaki farbowane są włosy. Jeśli kobieta ma blond, słomiane lub siwe włosy, to przez każdy włos dostaje się do mózgu więcej tlenu. A jeśli jest ciemny, kasztanowy lub czarny, to struktura włosów zostaje zatkana farbą i utrudnia dostęp tlenu.
Najmniejszy dopływ tlenu do mózgu obserwuje się u kobiet farbujących włosy różne kolory jednocześnie. (czerwony - fioletowy - zielony)
U kobiet z długimi blond włosy(Nazywam je blondynkami) najwyższy procent tlenu w mózgu! Naukowcy uważają, że to ilość tlenu przepływającego we wnętrzu włosa wpływa na procesy oksydacyjne, psychiczne i inne procesy biologiczne. Z tego powodu u blondynek częściej występują zawroty głowy, nieodpowiednia ocena otaczającego ją świata.


Odpowiedź od B-boy haseky[guru]
1% mózgu


Odpowiedź od Olga Senik[guru]
W procentach trudno jest oszacować ilość zużytego tlenu. jest to wskaźnik raczej indywidualny i mobilny, w warunkach niedotlenienia (braku tlenu) inne tkanki mogą przejściowo przełączyć się na beztlenowe szlaki metaboliczne, a mózg pracuje tylko na tlenie (i nawiasem mówiąc, glukozie), dlatego w tych warunkach niedoboru tlenu, PROCENTOWE zużycie tlenu przez mózg odpowiednio wzrasta.


Odpowiedź od Użytkownik usunięty[guru]
mózgi otrzymują od 3 do 8% tlenu


Odpowiedź od Swietłana[guru]
ha ha ha ha ha


Odpowiedź od Oleg Agafonow[guru]
Cześć.
Bierze 0%, ponieważ. on (tlen) nie może się tam dostać (do mózgu) w żaden sposób ...))
Do widzenia.


Odpowiedź od Aleksandra[guru]
Ludzkie ciało, gdy jest w spokojnym, zrelaksowanym stanie, pochłania około trzystu centymetrów sześciennych tlenu na minutę. Mózg zajmuje szóstą część - to pięćdziesiąt centymetrów sześciennych, niezależnie od tego, czy dana osoba śpi, czy nie. A z pięciuset gramów węglowodanów, które pochłania ludzkie ciało, mózg przyjmuje dziewięćdziesiąt.


Odpowiedź od Aqua Irina[guru]
..wszystko zależy od ilości mózgu...


Mózg łapczywie pochłania tlen. Można to łatwo zweryfikować, określając stężenie tlenu w tętnicy i krew żylna. Podczas odpoczynku mózg zużywa pocztą 20 razy więcej tlenu niż tkanka mięśniowa. Przy intensywnej pracy umysłowej zużycie tlenu przez mózg wyraźnie wzrasta.

Takie liczby świadczą również o nienasyconym zapotrzebowaniu mózgu na tlen. Masa mózgu osoby dorosłej wynosi zwykle 2-2,5 procent masy ciała. W tym samym czasie mózg zużywa 1/5, a nawet 1/4 całkowitego tlenu zużywanego przez ludzki organizm.

Źle myślimy w dusznym pokoju. Wydaje się, że wszyscy tego doświadczyli. Niektórym osobom szczególnie trudno jest tolerować brak tlenu. A co z naszymi dziećmi? Jeszcze gorzej znoszą niedobór tlenu. I to nie przypadek. U dziecka poniżej czwartego roku życia około połowa tlenu zużywanego przez organizm jest zużywana przez mózg.

Tkanka mózgowa jest najbardziej wrażliwa na leki i alkohol etylowy. Nawet niewielkie stężenie alkoholu utrudnia jej oddychanie...

Naukowcy obliczyli, że rezerwy tlenu rozpuszczonego we krwi, w naczyniach krwionośnych mózgu iw samej tkance są bardzo ograniczone. Tylko na 10 sekund ma dość własnych zasobów. Jeśli tlen nie jest dostarczany z krwią, bardzo szybko może dojść do katastrofy biochemicznej.

I właściwie, dlaczego tkanka mózgowa potrzebuje dużo tlenu?

Prawdopodobnie, aby praca została wykonana, mózg mógłby żyć. I tu spotykamy się ze zjawiskiem charakterystycznym tylko dla mózgu.

Aby wykonać pracę, musisz spalić jakieś paliwo. To prawie jedyne paliwo dla mózgu to glukoza. Tlen jest używany głównie do utleniania tej substancji. Końcowymi produktami przemiany glukozy są dwutlenek węgla i woda. Jednak w tym przypadku powstaje inne uniwersalne źródło energii - cząsteczka ATP. Zapewnia prawie wszystkie koszty energii mózgu.

Mózg w pewnym sensie nie jest najemnikiem. Nie ma żadnych stałych zapasów glukozy i żyje, jak to się mówi, dzisiaj.

Możesz to zweryfikować prostym doświadczeniem. Zwykłą maszynką do golenia kroimy najcieńsze plastry organów wewnętrznych myszy laboratoryjnych: wątroby, nerek, mięśni. Skrawki kory mózgowej są trudniejsze do wykonania, ale możliwe.

Umieścić sekcje każdego narządu oddzielnie solankowy, wlewa się do małych naczyń o objętości kilku centymetrów sześciennych każdy. Do naczyń dołączymy szklane manometry z podziałkami. Wlać do manometru duża liczba specjalnie przygotowany i barwiony płyn. Teraz obniżymy całą naszą konstrukcję do wanny z ciepła woda, ale tak, aby manometr znajdował się na zewnątrz wanny, a naczynie w niej. Temperatura wody w wannie wynosi 37 stopni, czyli jest zbliżona do temperatury ciała zwierzęcia laboratoryjnego.

Sekcje narządów oddychają i zużywają tlen. Objętość gazu w naczyniu zmniejsza się, co znajduje odzwierciedlenie w odczytach manometru. Skrada się kolumna cieczy. Oczywiście powoli, ale dość wyraźnie. W ten sposób można obliczyć, ile milimetrów sześciennych tlenu zostało wchłoniętych przez próbkę 100 miligramów tkanki w ciągu jednej minuty.

I tu mamy do czynienia niezwykłe zjawisko. Odcinki tkanek wątroby, nerek, mięśni zużywają tlen ze stałą szybkością przez dość długi czas. W każdym razie proces ten można obserwować przez pięć i dziesięć minut. Kolejną rzeczą jest tkanka mózgowa. Jej oddech szybko zwalnia, ale gdy tylko doda się kroplę roztworu glukozy, budzi się do życia i znów oddycha w tym samym tempie.

Doświadczenie, które zdobyliśmy, jest bardzo jasne. Świadczy to o tym, że komórki nerwowe kory mózgowej pokrywają swoje potrzeby energetyczne niemal wyłącznie kosztem glukozy, która transportowana jest wraz z krwią.

I teraz pojawia się uzasadnione pytanie: w jaki sposób utlenianie glukozy tworzy inne uniwersalne źródło energii - cząsteczki kwasu adenozynotrójfosforowego?

Hipokrates – wielki lekarz Starożytna Grecja- w jednym ze swoich pism napisał: „W człowieku jest zarówno gorzka, jak i słona, i słodka, i kwaśna, i twarda, i miękka, i znacznie więcej w nieskończonej liczbie, różnorodność właściwości, ilości, siły”. Na przykładzie oksydacyjnych przemian glukozy w ludzkim mózgu i powstania innego uniwersalnego źródła energii - kwasu adenozynotrójfosforowego, można prześledzić system niesamowitych przemian glukozy „słodkiej”, w ATP, „kwaśnej”, wg. Hipokrates.

Jeśli po prostu spalisz cząsteczki glukozy w strumieniu tlenu, powstanie woda i dwutlenek węgla. Jednocześnie będzie się wyróżniać znacząca ilość energia. Oczywiście taki sposób generowania energii jest nie do przyjęcia dla żywej komórki. Energia w komórce jest zużywana w małych porcjach. Powinien powstawać stopniowo i gromadzić się „w rezerwie”. Mając rezerwę „konserwowanej energii”, żywa komórka jest w stanie niezwykle szybko reagować na zmiany. otoczenie zewnętrzne. Co więcej, proces wytwarzania energii w komórce może następnie zwolnić, a następnie gwałtownie przyspieszyć.

Każdy z nas widział to niezliczoną ilość razy. Na przykład siedziałeś cicho na krześle. Zużycie energii w tkance mięśniowej było stosunkowo niewielkie. Szybko wstałeś i pobiegłeś szybko; elektrownia biochemiczna pracuje na pełnych obrotach.

Rozpoczął się długi łańcuch przemian biochemicznych glukozy. Obejmuje dziesiątki przemian chemicznych stopniowo rozszczepiającej się cząsteczki pierwotnego związku. Ale w tym przypadku jesteśmy zainteresowani ostateczny wynik. Przy całkowitym utlenieniu jednej cząsteczki glukozy syntetyzowanych jest trzydzieści osiem cząsteczek kwasu adenozynotrójfosforowego.

Teraz staje się jasne, dlaczego energia jest generowana w mózgu głównie poprzez utlenianie glukozy, poprzez oddychanie. Dzięki tej metodzie powstaje szczególnie dużo. Procesowi myślenia towarzyszy znaczny wydatek energii w najprawdziwszym tego słowa znaczeniu.


Zużycie O 2 w spoczynku.Ilość tlenu zużywanego przez tkankę zależy od stan funkcjonalny jego składowe komórki. w tabeli. 23.1 pokazuje dane dotyczące zużycia tlenu przez różne narządy i ich części, gdy ciało jest w stanie spoczynku normalna temperatura. Szybkość zużycia tlenu przez jeden lub inny narząd () jest zwykle


wyrażone w ml O 2 na 1 G lub 100 g masy w ciągu 1 minuty (uwzględnia to masę narządu w żywy). Zgodnie z Zasada Ficka ustalona na podstawie przepływ krwi() przez ten lub inny narząd i różnice w stężeniach O 2 napływający do organizmu krew tętnicza i wypływająca z niego krew żylna ():

(1)

Kiedy jest ciało w spoczynku tlen jest stosunkowo intensywnie wchłaniany przez mięsień sercowy, istotę szarą mózgu(zwłaszcza kora), wątroba oraz kora nerek. W tym samym czasie mięśnie szkieletoweśledziona i istota biała mózgu zużywają mniej tlenu (Tabela 23.1).

Różnice w zużyciu tlenu różne sekcje jeden oraz ten sam narząd. Można mierzyć w wielu narządach przepływ krwi przez ograniczone obszary tkanki poprzez określenie klirensu gazów obojętnych(na przykład 85 kg, 133 Xe i H2). Tak więc, jeśli możliwe jest pobranie próbki krwi z żyły, która odpływa z danego obszaru, to ta metoda pozwala określić zużycie tlenu w niej. Ponadto kilka lat temu opracowano metodę pozytonowej tomografii emisyjnej (PET), która umożliwia bezpośredni pomiar przepływu krwi i zużycia O 2 w określonych częściach narządów. Ta metoda została z powodzeniem wykorzystana do badania ludzkiego mózgu. Przed wprowadzeniem metody PET, jak widać z tabeli. 23.1, zmierzyć konsumpcję regionalną Około 2 było możliwe tylko w kilku narządach.

Podczas badania zużycia tlenu przez tkanki mózgowe różnych ssaków wykazano, że kora mózgowa półkule zużywa od 8 10 −2 do 0,1 ml O 2 g −1 min −1 . Na podstawie zużycia O 2 przez cały mózg i korę można obliczyć średnie zużycie O 2 istota biała mózgu. Ta wartość wynosi około 1 10 −2 ml g −1 min −1 . Pomiar bezpośredni absorpcja O 2 przez regiony mózgu u osób zdrowych metodą pozytonowej tomografii emisyjnej dała następujące wartości: dla szare komórki(w różne obszary) - od około 4 do 6-10 -2 ml g -1 -min -1 , za istota biała-2-102 mlg −1 min −1 . Można przyjąć, że zużycie tlenu różni się nie tylko w zależności od miejsca, ale także w różne komórki jeden obszar. Rzeczywiście, podczas pomiaru (za pomocą mikroelektrod platynowych) regionalnego zużycia O2 przez powierzchniowe warstwy komórek kory mózgowej wykazano, że w warunkach łagodnego znieczulenia zużycie to na małych obszarach waha się od około 4-10-2 do 0,12 ml g -1 -min -1 . Wyniki autografu


ROZDZIAŁ 23

Tabela 23.1. Średnie wartości prędkości przepływu krwi (), tętniczo-żylnej różnicy w O 2 () i zużycia 0 2 () w różne ciała człowieka w temperaturze 37°C
Organ Źródło danych
Krew
Mięśnie szkieletowe: w spoczynku z ciężkim aktywność fizyczna
Śledziona
Mózg: istota biała kory
Wątroba
Nerka: zewnętrzna warstwa kory rdzenia, wewnętrzna warstwa rdzenia
Serce: w spoczynku przy dużym wysiłku

Fizyczne badania regionalnego przepływu krwi (przy użyciu jodu-14-C-antypiryny) i regionalnego zużycia glukozy (przy użyciu 14-C-2-dezoksyglukozy) w korze mózgowej sugerują, że parametry te różnią się znacznie również w sąsiednich obszarach. U osób starszych niż 30 lat regionalny przepływ krwi i zużycie O2 w istocie szarej mózgu stopniowo zmniejszają się wraz z wiekiem. Stwierdzono w przybliżeniu takie same różnice w zużyciu tlenu pomiędzy poszczególnymi częściami nerek. W kora nerek, średnie zużycie O 2 jest kilkakrotnie wyższe niż w obszary śródlądowe oraz brodawki rdzenia. Ponieważ zapotrzebowanie nerek na tlen zależy głównie od intensywności czynnej reabsorpcji Na + ze światła kanalików w tkance, uważa się, że tak wyraźne różnice w regionalnym zużyciu O 2 wynikają głównie z różnicy między wartości tej reabsorpcji w korze i rdzeń .

Zużycie O 2 w warunkach zwiększona aktywność organ. W W przypadku, gdy aktywność dowolnego narządu wzrasta z tego czy innego powodu, wzrasta w nim tempo metabolizmu energii, aw konsekwencji zapotrzebowanie na tlen w komórkach. Podczas konsumpcji ćwiczeń


Około 2 tkanki mięśnia sercowego może wzrosnąć 3-4 razy i działa mięśnie szkieletowe- ponad 20-50 razy w porównaniu do poziomu spoczynku. Zużycie Około 2 chusteczek nerka wzrasta wraz ze wzrostem szybkości reabsorpcji Na +.

W większości narządów szybkość wchłaniania O 2 nie zależy od prędkości przepływu krwi w nich (pod warunkiem, że napięcie O 2 w tkankach jest wystarczająco duże). Wyjątkiem są nerki. Istnieje krytyczna szybkość perfuzji, której przekroczenie powoduje powstanie ultrafiltratu; na tym poziomie filtracji zwiększony przepływ krwi towarzyszyć zwiększone zużycie Około 2 tkanki nerki. Cecha ta wynika z faktu, że intensywność filtracja kłębuszkowa(a więc reabsorpcja Na +) jest proporcjonalna do prędkości przepływu krwi.

Zależność zużycia O 2 od temperatury. Zużycie O2 przez tkanki jest niezwykle wrażliwe na zmiany temperatury. Wraz ze spadkiem temperatury ciała metabolizm energetyczny zwalnia, a zapotrzebowanie większości narządów na tlen maleje. Przy normalnej termoregulacji wzrasta aktywność organonów zaangażowanych w utrzymanie bilansu cieplnego, a ich zużycie tlenu wzrasta. Takie narządy obejmują w szczególności mięśnie szkieletowe; ich funkcja termoregulacyjna jest realizowana poprzez zwiększanie napięcie mięśniowe i drżenie (s. 667). Wzrost temperatury ciała


63β CZĘŚĆ VI. ODDECH


towarzyszy wzrost zapotrzebowania większości narządów na tlen. Zgodnie z regułą van't Hoffa, gdy temperatura zmienia się o 10 o C w zakresie od 20 do 40 o C, zużycie tlenu przez tkanki zmienia się w tym samym kierunku 2 3 razy (Q 10 = 2-3). Dla niektórych operacje chirurgiczne konieczne może być czasowe zatrzymanie krążenia krwi (a co za tym idzie zaopatrywania narządów w O 2 i składniki odżywcze). Jednocześnie w celu zmniejszenia zapotrzebowania narządów na tlen często stosuje się hipotermię (obniżenie temperatury ciała): pacjentowi podaje się tak głębokie znieczulenie, w którym dochodzi do stłumienia mechanizmów termoregulacyjnych.

Układ krążenia składa się z serca i naczyń krwionośnych. Rytmiczne skurcze mięśnia sercowego zapewniają ciągły przepływ krwi zamknięty system naczynia. Krew, pełniąc funkcję troficzną, przenosi składniki odżywcze z jelita cienkiego do komórek całego organizmu, zapewnia również transport tlenu z płuc do tkanek i dwutlenku węgla z tkanek do płuc, pełniąc funkcję oddechową.

Jednocześnie we krwi krąży duża liczba substancji biologicznie czynnych. substancje czynne, które regulują i łączą funkcjonalną aktywność komórek ciała. Krew zapewnia wyrównanie temperatury różne części ciało. Układ oddechowy obejmuje Jama nosowa, krtani, tchawicy, oskrzeli i płuc. W procesie oddychania z powietrza atmosferycznego przez pęcherzyki płucne tlen stale dostaje się do organizmu, a dwutlenek węgla jest uwalniany z organizmu.

Proces oddychania jest całym kompleksem procesy fizjologiczne, w realizacji których nie tylko Maszyna wspomagająca oddychanie ale także układ krążenia. Tchawica w dolnej części jest podzielona na dwa oskrzela, z których każdy, wchodząc do płuc, rozgałęzia się w sposób przypominający drzewo. Ostatnie najmniejsze gałęzie oskrzeli (oskrzeliki) przechodzą do zamkniętych kanałów pęcherzykowych, w ścianach których znajduje się duża liczba kulistych formacji - pęcherzyków płucnych (pęcherzyków płucnych). Każdy zębodoł jest otoczony gęstą siecią naczynia krwionośne. Całkowita powierzchnia wszystkich pęcherzyków płucnych jest bardzo duża, jest 50 razy większa niż powierzchnia skóry człowieka i wynosi ponad 100 m2. Płuca znajdują się w hermetycznie zamkniętej jamie skrzynia. Pokryte są cienką gładką skorupą - opłucną, ta sama skorupa wyściela wnętrze jamy klatki piersiowej. Przestrzeń utworzona między tymi dwoma arkuszami opłucnej nazywana jest jamą opłucnową.

Ciśnienie w jama opłucnowa zawsze poniżej atmosferycznego przy wydechu o 3-4 mm Hg. Art., podczas wdechu, o 7-9 mm. Mechanizm oddychania odbywa się odruchowo (automatycznie). W spoczynku wymiana powietrza w płucach następuje w wyniku rytmicznych ruchów oddechowych klatki piersiowej. Po opuszczeniu do Jama klatki piersiowej ciśnienie w płucach (dość biernie z powodu różnicy ciśnień), część powietrza jest zasysana - następuje wdech. Następnie jama klatki piersiowej zmniejsza się i powietrze jest wypychane z płuc - następuje wydech. Ekspansja jamy klatki piersiowej odbywa się w wyniku aktywności mięśni oddechowych. W spoczynku podczas wdechu jama klatki piersiowej rozszerza się w specjalny sposób mięsień oddechowy, o czym była mowa wcześniej - przepona, a także zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe; z intensywnym Praca fizyczna inne (szkieletowe) mięśnie są włączone. Wydech w spoczynku jest wymawiany biernie, z rozluźnieniem mięśni, które wykonały wdech, klatki piersiowej pod wpływem grawitacji i ciśnienie atmosferyczne maleje.

Przy intensywnej pracy fizycznej mięśnie brzucha, wewnętrzne mięśnie międzyżebrowe i inne mięśnie szkieletowe uczestniczą w wydechu. Zajęcia systematyczne ćwiczenie i sport wzmacniają mięśnie oddechowe i przyczyniają się do zwiększenia objętości i ruchomości (wycieczki) klatki piersiowej. Etap oddychania, w którym tlen z powietrza atmosferycznego przedostaje się do krwi, a dwutlenek węgla z krwi do krwi powietrze atmosferyczne, nazywa się oddychaniem zewnętrznym; kolejnym etapem jest przenoszenie gazów przez krew, wreszcie oddychanie tkankowe (lub wewnętrzne) to zużywanie tlenu przez komórki i uwalnianie przez nie dwutlenku węgla w wyniku reakcje biochemiczne związane z tworzeniem energii w celu zapewnienia procesów życiowych organizmu.

Oddychanie zewnętrzne (płuc). przeprowadzane w pęcherzykach płucnych. Tutaj przez półprzepuszczalne ściany pęcherzyków płucnych i naczyń włosowatych tlen przechodzi z powietrza pęcherzykowego, które wypełnia jamy pęcherzyków płucnych. Cząsteczki tlenu i dwutlenku węgla dokonują tego przejścia w setnych częściach sekundy. Po dostarczeniu tlenu przez krew do tkanek następuje oddychanie tkankowe (wewnątrzkomórkowe). Tlen przechodzi z krwi do płynu śródmiąższowego, a stamtąd do komórek tkanek, gdzie jest wykorzystywany do zapewnienia procesów metabolicznych. Dwutlenek węgla, intensywnie powstający w komórkach, przedostaje się do płynu śródmiąższowego, a następnie do krwi. Za pomocą krwi jest transportowany do płuc, skąd jest wydalany z organizmu.

Przechodzenie tlenu i dwutlenku węgla przez półprzepuszczalne ściany pęcherzyków płucnych, naczyń włosowatych i błon erytrocytów. Biała materia, otaczający szary, składa się z procesów łączących komórki nerwowe rdzenia kręgowego; wstępująca wrażliwa (eferentna), łącząca wszystkie narządy i tkanki Ludzkie ciało(z wyjątkiem głowy) z mózgiem, zstępującymi drogami motorycznymi (aferentnymi) z mózgu do komórek motorycznych rdzenia kręgowego.

Nietrudno więc sobie wyobrazić, że rdzeń kręgowy pełni funkcje odruchowe i przewodzące impulsy nerwowe. W różne działy Rdzeń kręgowy zawiera neurony ruchowe (komórki nerwów ruchowych), które unerwiają mięśnie kończyn górnych, pleców, klatki piersiowej, brzucha i kończyn dolnych.

W region sakralny zlokalizowane ośrodki wypróżniania, oddawania moczu i aktywności seksualnej. Ważną funkcją neuronów ruchowych jest ciągłe zapewnianie niezbędnego napięcia mięśniowego, dzięki czemu wszystkie odruchowe czynności motoryczne są wykonywane delikatnie i płynnie. Ton ośrodków rdzenia kręgowego jest regulowany przez wyższe części ośrodkowego układu nerwowego. Uszkodzenie rdzenia kręgowego skutkuje m.in różne naruszenia związane z niepowodzeniem funkcja przewodząca. Wszelkiego rodzaju urazy i choroby rdzenia kręgowego mogą prowadzić do zaburzeń bólowych, wrażliwości na temperaturę, zaburzeń struktury złożonej arbitralne ruchy, napięcie mięśniowe itp. Mózg jest skupiskiem ogromne ilości komórki nerwowe. Składa się z odcinka przedniego, pośredniego, środkowego i tylnego.

Struktura mózgu nieporównywalnie bardziej złożona niż budowa jakiegokolwiek organu ludzkiego ciała. Wymieńmy niektóre cechy i funkcje życiowe. Na przykład taka formacja tyłomózgowia jak rdzeń, jest lokalizacja najważniejsze ośrodki odruchowe(oddechowy, pokarmowy, regulujący krążenie krwi, pocenie się). Dlatego porażka tej części mózgu powoduje natychmiastową śmierć. Nie będziemy szczegółowo omawiać specyfiki budowy i funkcji kory mózgowej, jednak należy zauważyć, że kora mózgowa jest najmłodszą częścią mózgu pod względem filogenetycznym (filogeneza to proces rozwoju roślin i zwierząt organizmów podczas istnienia życia na Ziemi).

W procesie ewolucji kora mózgowa nabiera znacznych strukturalnych i cechy funkcjonalne i staje się najwyższym działem ośrodkowego układu nerwowego, który kształtuje aktywność organizmu jako całości w jego relacji ze środowiskiem. Najwyraźniej przydatne będzie scharakteryzowanie niektórych bardziej anatomicznych i fizjologicznych cech ludzkiego mózgu.

Ludzki mózg waży średnio 1400 g. Związek między masą mózgu a masą ciała człowieka wg różnych autorów, jest stosunkowo niewielka. Liczne badania wykazały, że normalna aktywność mózgu jest związana z dopływem krwi. Jak wiadomo, głównym źródłem energii niezbędnej do funkcjonowania elementów nerwowych jest proces utleniania glukozy. Jednak mózg nie ma rezerw węglowodanów, znacznie mniej tlenu, a co za tym idzie normalna wymiana zawartych w niej substancji całkowicie zależy od stałego dostarczania wraz z krwią zasobów energetycznych.

Mózg jest aktywny nie tylko podczas czuwania, ale także podczas snu. Tkanka mózgowa zużywa 5 razy więcej tlenu niż serce i 20 razy więcej niż mięśnie. Mózg, stanowiąc zaledwie około 2% masy ciała człowieka, pochłania 18-25% tlenu zużywanego przez całe ciało. Mózg znacznie przewyższa inne narządy w zużyciu glukozy. Zużywają 60-70% glukozy wytwarzanej przez wątrobę, czyli 115 g dziennie, i to pomimo faktu, że mózg znajduje się na jednym z ostatnich miejsc pod względem ilości zawartej w nim krwi.

Pogorszenie ukrwienia mózgu może być związane z hipodynamią ( w sposób siedzącyżycie). Przy braku aktywności fizycznej najczęstszymi dolegliwościami są bóle głowy o różnej lokalizacji, nasileniu i czasie trwania, zawroty głowy, osłabienie, obniżona sprawność umysłowa, zaburzenia pamięci, drażliwość. Autonomiczny układ nerwowy jest wyspecjalizowanym działem jednolitego układu nerwowego mózgu, który jest regulowany w szczególności przez korę mózgową.

W przeciwieństwie do somatycznego układu nerwowego, który unerwia dobrowolne (szkieletowe) mięśnie i zapewnia ogólną wrażliwość ciała i innych narządów zmysłów, autonomiczny układ nerwowy reguluje aktywność narządów wewnętrznych - oddychanie, krążenie krwi, wydalanie, rozmnażanie, gruczoły. wydzielina wewnętrzna itp. Autonomiczny układ nerwowy dzieli się na układ współczulny i przywspółczulny.

Czynność serca, naczyń krwionośnych, narządów trawiennych, wydalniczych, narządów płciowych itp.; regulacja metabolizmu, termogeneza, udział w powstawaniu reakcji emocjonalnych (strach, złość, radość) - wszystko to pod kontrolą współczulnego i przywspółczulnego układu nerwowego i wszystko pod tą samą kontrolą z wyższej części ośrodkowego układu nerwowego. Eksperymentalnie wykazano, że ich wpływ, choć antagonistyczny, jest skoordynowany w regulacji. podstawowe funkcje organizm. Receptory i analizatory. Głównym warunkiem normalnego istnienia organizmu jest jego zdolność do szybkiego dostosowywania się do zmian. środowisko. Ta zdolność jest realizowana poprzez obecność Specjalna edukacja- receptory.

Receptory, mające ścisłą specyficzność, przekształcają się bodźce zewnętrzne(dźwięk, temperatura, światło, ciśnienie itp.) w Impulsy nerwowe, który włókna nerwowe przekazywana do ośrodkowego układu nerwowego. Ludzkie receptory dzielą się na dwie główne grupy: receptory zewnętrzne (zewnętrzne) i wewnętrzne (wewnętrzne). Każdy z tych receptorów jest część integralna układ analizujący, który odbiera impulsy i który nazywa się analizatorem.

Analizator składa się z trzech sekcji - receptora, części przewodzącej i centralnej formacji w mózgu. Najwyższym działem analizatora jest kora. Nie wchodząc w szczegóły, wymieniamy tylko nazwy analizatorów, których rola w życiu każdej osoby jest znana wielu. Jest to analizator skórny (czułość dotykowa, bólowa, termiczna, zimno), ruchowy (receptory w mięśniach, stawach, ścięgnach i więzadłach ulegają pobudzeniu pod wpływem nacisku i rozciągania), przedsionkowy (odczuwa położenie ciała w przestrzeni), wizualny (światło i kolor), słuchowy (dźwięk), węchowy (zapach), smakowy (smak), trzewny (stan wielu narządów wewnętrznych).

KATEGORIE

POPULARNE ARTYKUŁY

2022 „kingad.ru” - badanie ultrasonograficzne narządów ludzkich