Sistemele respirator și circulator. Sânge

Originea creierului Savelyev Sergey Vyacheslavovich

§ 6. Consumul de oxigen din creier

Este complet incorect să relaționăm rata metabolismului creierului cu consumul total de oxigen al organismului (Schmidt-Nielsen, 1982). Într-adevăr, la o scorpie, consumul de oxigen la 1 kg de greutate corporală este de 7,4 l/h, iar la un elefant este de 0,07 l/h. Cu toate acestea, acesta este consumul total de oxigen, care variază în funcție de ordine de mărime părți diferite trupurile atât ale elefantului, cât și ale scorpiei. Mai mult, la animalele cu biologie diferită, cantitatea de oxigen consumată de aceleași organe ale corpului variază, de asemenea, semnificativ. Ideea că consumul de oxigen din creier se modifică proporțional cu dimensiunea corpului rămâne o concepție greșită ciudată. Dacă consumul de oxigen al creierului oricărui mamifer scade sub 12,6 L/(kg-h), apare moartea. La acest nivel de oxigen, creierul poate rămâne activ doar 10-15 secunde. După 30-120 s, activitatea reflexă dispare, iar după 5-6 minute începe moartea neuronilor. Cu alte cuvinte, țesutul nervos practic nu are resurse proprii. Nici o scorpie, nici măcar un elefant nu ar avea vreo șansă de supraviețuire dacă nu ar fi asigurat consumul de oxigen de către creier mecanisme speciale. Creierul primește oxigen, apă cu soluții de electroliți și nutrienți conform legilor care nu au nimic de-a face cu rata metabolică a altor organe. Valorile de consum ale tuturor componentelor „consumabile” sunt relativ stabile și nu pot fi sub un anumit nivel care să asigure activitatea funcțională a creierului.

Trebuie remarcat faptul că creierul are adesea influență decisivă asupra metabolismului întregului animal. Consumul de energie al creierului nu poate fi sub o anumită valoare. Asigurarea acestui nivel se realizează în diferite grupuri sistematice prin modificarea vitezei de circulație a sângelui în vasele sistemului nervos. Motivul acestor diferențe este modificarea numărului de capilare la 1 mm de țesut cerebral. Desigur, în diferite departamenteÎn creier, lungimea capilarelor poate varia semnificativ. În funcție de sarcina fiziologică, lumenul capilarelor se poate modifica și dinamic. Cu toate acestea, acest indicator foarte mediu luminează motivele creșterii ritmului cardiac la mamiferele mici. Cu cât rețeaua capilară a creierului este mai mică, cu atât debitul sanguin trebuie să fie mai mare pentru a asigura fluxul necesar de oxigen și nutrienți. Puteți crește metabolismul datorită ritmului cardiac, respirației și ratei consumului de alimente. Acesta este ceea ce se întâmplă la mamiferele mici. Informațiile despre densitatea capilarelor din creierul animalelor sunt foarte fragmentare. Cu toate acestea, există o tendință generală care arată dezvoltarea evolutivă a rețelei capilare a creierului. Într-o broaște de iaz, lungimea capilarelor în 1 mm 3 de țesut cerebral este de aproximativ 160 mm, la un pește cartilaginos cu cap întreg - 500, la un rechin - 100, la un ambistom - 90, la o broască țestoasă - 350, în o hatteria - 100 mm, la șoarece - 400, la șoareci 700, la șobolani - 900, la iepuri - 600, la pisici - 900, la câini - 900 și la primate și oameni - 1200-1400 mm. Trebuie luat în considerare faptul că atunci când lungimea capilarelor este redusă, zona suprafeței lor de contact cu țesut nervos scade exponenţial. Acest lucru indică faptul că, pentru a menține un nivel minim de aprovizionare cu oxigen a creierului, inima scorpiei trebuie să bată de câteva ori mai repede decât cea a primatelor și a oamenilor. Într-adevăr, pentru o persoană, această valoare este de 60–90 pe minut, iar pentru o scorpie este de 130–450. Masa inimii scorpiei ar trebui să fie proporțional mai mare. La om este de aproximativ 4%, la capucin - 8%, iar la scorpie - 14% din greutatea corporală totală. În consecință, unul dintre organele cheie care determină metabolismul animalelor este creierul.

Să încercăm să estimăm ponderea reală a energiei consumate de corpul animalelor cu diferite mase cerebrale și corporale. Masa relativă mare a sistemului nervos al mamiferelor mici impune cerințe mari asupra nivelului de metabolism al creierului însuși. Costurile de întreținere a acestuia sunt comparabile cu costurile de întreținere a creierului uman, care au fost bine cercetate. Consumul de bază al creierului uman de nutrienți și oxigen este de aproximativ 8-10% din întregul corp. Când organismul este inactiv, această valoare este mai mult sau mai puțin constantă, deși poate fluctua semnificativ între reprezentanții mari și mici ai unei anumite specii. Cu toate acestea, chiar și această valoare este disproporționat de mare. Creierul uman reprezintă 1/50 din greutatea corpului și consumă 1/10 din toată energia - de 5 ori mai mult decât orice alt organ. Aceste cifre sunt oarecum subestimate, deoarece doar consumul de oxigen este de 18%. Să adăugăm costurile de întreținere a măduvei spinării și sistem perifericși obținem aproximativ 1/7. În consecință, în stare inactivă, sistemul nervos uman consumă aproximativ 15% din energia întregului organism. Acum luați în considerare situația cu un creier și un sistem nervos periferic care funcționează activ. Conform celor mai conservatoare estimări, costurile energetice ale unui creier sunt mai mult decât duble. Având în vedere creșterea generalizată a activității întregului sistem nervos, se poate presupune cu încredere că aproximativ 25-30% din cheltuielile totale ale organismului sunt pentru întreținerea acestuia (Fig. I-8).

Sistemul nervos al mamiferelor se dovedește a fi un organ extrem de „costisitor”, așa că cu cât creierul lucrează mai puțin timp în mod intensiv, cu atât întreținerea lui este mai ieftină. Problema este rezolvată în diferite moduri. Una dintre metode este asociată cu minimizarea timpului de funcționare intensivă a sistemului nervos. Acest lucru se realizează printr-un set mare de programe comportamentale înnăscute, instinctive, care sunt stocate în creier ca un set de instrucțiuni. Instructiuni pentru diferite forme comportamentele au nevoie doar de ajustări minore pentru condiții specifice. Creierul este cu greu folosit pentru a lua decizii individuale bazate pe experiența personală a animalului. Supraviețuirea devine proces statistic aplicarea unor forme de comportament gata făcute în condiții specifice de mediu. Costurile energetice ale întreținerii creierului devin un limitator al activității intelectuale pentru animalele mici.

De exemplu, să presupunem că alunița americană de scoici a decis să-și folosească creierul, precum primatele sau oamenii. Să luăm în considerare condițiile inițiale. O aluniță care cântărește 40 g are un creier care cântărește 1,2 g și o măduvă spinării împreună cu un sistem nervos periferic care cântărește aproximativ 0,9 g. sistem nervos, constituind mai mult de 5% din greutatea corporală, alunița cheltuiește aproximativ 30% din total resurse energetice corp. Dacă se gândește să rezolve o problemă de șah, atunci cheltuielile corpului său pentru întreținerea creierului se vor dubla, iar cârtița însuși va muri instantaneu de foame. Chiar dacă alunița împinge infinitul în intestine râma din caviarul negru, atunci va muri oricum. Creierul va avea nevoie de atât de multă energie încât vor apărea probleme insolubile cu rata de obținere a oxigenului și livrarea componentelor metabolice inițiale din tract gastrointestinal. Dificultăți similare vor apărea cu eliminarea produselor metabolice din sistemul nervos și răcirea de bază a acestuia. Astfel, micile insectivore și rozătoarele sunt sortite să nu devină jucători de șah. Creierul lor este instinctiv, iar problemele energetice ale conținutului său ridică bariere de netrecut în dezvoltarea comportamentului individual. La nivel individual, poate apărea doar variabilitatea în aplicarea programelor comportamentale înnăscute.

Orez. I-8. Procese de schimbîn creierul primatelor.

În metabolismul sistemului nervos se pot distinge trei procese dinamice principale: schimbul de oxigen și dioxid de carbon, consum materie organicăși eliberarea de produse catabolice, schimbul de apă și soluții de electroliți. Proporția acestor substanțe consumate de creierul uman este indicată în partea de jos. Schimbul de apă și soluții de electroliți este calculat ca timpul necesar pentru ca toată apa din corp să treacă prin creier. Linia de sus este starea pasivă, linia de jos este munca grea sistem nervos.

Cu toate acestea, este suficient să creșteți ușor dimensiunea corpului și apare o situație diferită calitativ. Șobolan cenușiu (Rattus rattus) are un sistem nervos care cântărește aproximativ 1/60 din greutatea corpului. Acest lucru este deja suficient pentru a realiza scădere vizibilă metabolismul relativ al creierului. Nu are rost să repovestim rezultatele experimentelor intelectuale și ale observațiilor la șobolani, iar gradul de individualizare a comportamentului nu este comparabil cu cel al alunițelor și al scorbiilor. Avantaj evident O creștere a greutății corporale este o scădere a costului de întreținere a creierului. Lucrând constant părțile periferice nu sunt la fel de scumpe ca creierul, așa că o creștere a greutății corporale duce la un creier relativ „mai ieftin”.

Prin urmare, pentru a crea un creier personalizat, aveți nevoie de un animal cu o masă corporală suficient de mare. Cu alte cuvinte, există un fel de barieră care, prin dimensiunea corpului și masa creierului, limitează capacitatea animalelor de a învăța și de a individualiza comportamentul. Un animal mic, cu un creier mare și cu costuri mari de întreținere, nu va putea asigura costurile cu energie pentru a-și crește activitatea. Astfel, nu ne putem aștepta la soluții la probleme complexe sau la individualizarea profundă a comportamentului adaptativ. Dacă animalul este mare și dimensiunea creierului este relativ mică, atunci sunt acceptabile fluctuații semnificative ale costurilor energetice ale întreținerii acestuia. În această situaţie, atât individualizarea comportamentului cât şi procese complexeînvăţare. Cu toate acestea, chiar și un animal mare cu bun creier dezvoltat sunt probleme energetice. Sistemul nervos este prea scump pentru a fi folosit intens. Sistemul nervos mic și care lucrează intens consumă o parte colosală din resursele organismului. Această situație este neprofitabilă. O soluție justificată energetic nu poate fi decât utilizarea pe termen scurt a creierului pentru a rezolva probleme specifice. Aceasta este ceea ce se observă la mamiferele mari. Activitatea scurtă este rapid înlocuită de odihnă pe termen lung.

Astfel, sistemele nervoase mici și mari au avantajele lor. Pentru a implementa comportamentul instinctiv, poți avea un creier mic, dar adaptabilitatea acestuia se reduce la modificări ale instinctului. Creier mareÎși costă proprietarul destul de mult, dar costurile mari cu energia sunt destul de justificate. Un creier mare vă permite să faceți față sarcini complexe care nu au soluții instinctive gata făcute. Costul implementării unor astfel de mecanisme de comportament adaptativ este foarte mare, așa că atât animalele, cât și oamenii încearcă să folosească cât mai puțin creierul.

Privilegiul sistemului nervos

Sistemul nervos al multor animale (și în special al mamiferelor) are o proprietate care îl pune într-o poziție excepțională. Această proprietate se datorează izolării sale de restul corpului. Fiind principalul mecanism de integrare în muncă organe interne iar baza comportamentului este „ corp strain„pentru propriul tău corp. Sistemul imunitar vede sistemul nervos ca o așchie. Dacă sistemul imunitar „ajunge” la creier, atunci încep procese autoimune severe care sunt incompatibile cu viața.

Apare o situație paradoxală. Sistemul nervos consumă o mare parte din oxigenul și substanțele nutritive ale întregului corp, pe care le primește prin sânge. În același timp, trebuie izolat cu grijă de sistem circulator, deoarece este considerat de celulele sistemului imunitar ca un obiect străin.

Din punct de vedere al oportunității biologice, este vizibilă o contradicție evidentă. Principalul organ integrator nu trebuie să fie străin sistemului imunitar. Cu toate acestea, acesta este un fapt pentru care este destul de ușor să găsești o explicație clară. Creierul conține prea multe componente organice specializate care nu sunt folosite în altă parte a corpului. Creați în sistem imunitar mecanismul de recunoaștere a acestora ca celule „proprii” este extrem de complex și nejustificat. Este mult mai „ieftin” să separă pur și simplu sistemul nervos de restul corpului. Acest principiu de izolare este implementat în testicule, ovare și sistemul nervos. În forma sa cea mai generală, izolarea sistemului nervos este menținută de bariera hemato-encefalică, care constă din mai multe tipuri de celule specializate. Pentru a înțelege izolarea sistemului nervos de restul corpului, este necesar să se ia în considerare principiile elementare ale structurii sale.

Din cartea Cea mai nouă carte a faptelor. Volumul 1 [Astronomie și astrofizică. Geografie și alte științe ale pământului. Biologie și Medicină] autor

Din cartea Eye of the Mind autor Hofstadter Douglas Robert

Din cartea Creier și suflet [Cum activitate nervoasa ne modelează lumea interioara] de Frith Chris

26 DAGLAS HOFSTADTER O conversație cu creierul lui Einstein Ahile și Țestoasa se ciocnesc accidental pe malul unui iaz octogonal din Grădinile Luxemburgului din Paris. Acest iaz a servit întotdeauna ca loc preferat pentru excursiile cu barca pentru cuplurile tinere; în zilele noastre bărcile lor sunt adesea

Din cartea Cea mai nouă carte a faptelor. Volumul 1. Astronomie și astrofizică. Geografie și alte științe ale pământului. Biologie și medicină autor Kondrașov Anatoli Pavlovici

Noi nu percepem lumea, ci un model al ei creat de creier.Ceea ce percepem nu sunt acele semnale brute și ambigue care vin din lumea exterioară către ochii, urechile și degetele noastre. Percepția noastră este mult mai bogată - combină toate acestea brute

Din cartea Blood: River of Life [De la legende antice la descoperiri științifice] de Isaac Asimov

Care este puterea consumată de creierul uman? S-a stabilit că în stare de veghe creierul uman consumă aproximativ 20

Din cartea Creșterea peștilor, racilor și păsărilor de apă domestice autor Zadorojnaia Liudmila Alexandrovna

De ce consumul regulat de alcool, chiar moderat, este dăunător organismului? Alcoolismul este unul dintre tipurile de dependență de droguri. Chiar și consumul moderat de alcool poate duce la o dependență severă, uneori aproape irezistibilă, de acesta. Mecanismul acestui lucru

Din carte Starea curenta biosferei și politicii de mediu autorul Kolesnik Yu. A.

Capitolul 4 Obstacole în calea oxigenului Într-o atmosferă normală, hemoglobina leagă doar oxigenul. Aceasta înseamnă că legarea oxigenului nu este afectată de alte componente ale aerului: azot, dioxid de carbon, vapori de apă sau argon. Se colectează hemoglobina

Din cartea Chimie biologică autor Lelevici Vladimir Valerianovici

Din cartea autorului

7.5. Ciclul oxigenului Dintre toate gazele prezente în atmosferă, precum și dizolvate în Oceanul Mondial, oxigenul prezintă un interes deosebit, deoarece oferă un randament ridicat de energie în timpul disimilării aerobe pentru aproape toate organismele de pe Pământ și se află în esență în

Din cartea autorului

Specii reactive de oxigen (radicali liberi) În organism, ca urmare a reacțiilor redox, generarea de specii reactive de oxigen (ROS) are loc constant în timpul reducerii cu un electron a oxigenului (molecula are un electron nepereche pe

La întrebarea: Ce procent de oxigen ia creierul? dat de autor Calcul greșit cel mai bun răspuns este Deși la un adult creierul cântărește doar aproximativ 2% din greutatea corpului, creierul consumă aproximativ 25% din oxigenul total consumat de organism...
Creierul folosește aproximativ aceeași cantitate de oxigen ca și mușchiul activ.
Creierul „odihnitor” consumă 9% din toată energia și 20% oxigen, creierul „gânditor” consumă aproximativ 25% din nutrienții care intră în organism și aproximativ 33% necesare organismului oxigen)

Răspuns de la Marksman[guru]
De ce să-ți taxeze creierul așa?...


Răspuns de la Nevroză[guru]
Avar


Răspuns de la Arunca[activ]
Toți nutrienții și oxigenul și, în general, tot ceea ce este necesar este livrat organelor prin sânge și, după cum știți, compoziția sângelui este respectată de organism foarte strict... cea mai mică abatere duce la diferite patologii. Din acest punct de vedere, concentrația de oxigen din sânge este constantă și este livrată către organe în funcție de raportul lor de masă, și nu 10-30 și mai ales nu 90% din carbohidrați așa cum s-a menționat mai sus. Ei bine, așa cum s-a spus corect, depinde de gradul în care anumite țesuturi sunt încărcate de muncă, unde procesele redox au loc mai repede și transferul de sânge este mai intens și, prin urmare, absorbția de oxigen... nu se poate vorbi. a oricăror procente statistice medii. Dar cel mai mare consum de oxigen este încă în mușchi... și nu în creier :))))


Răspuns de la Lady Galina cskdf[guru]
Dacă creierul este încordat, de exemplu. funcționează, ia exact cât are nevoie, pentru că el este CREIERUL! Ei bine, dacă este leneș, atunci de ce are nevoie de oxigen? Fără dorința de a munci, va muri oricum. Este adevarat?


Răspuns de la Christina sunt eu[activ]
Nu am....


Răspuns de la Gheorghi Iurievici[guru]
Dacă creierul este de pui?


Răspuns de la Belkina Ekaterina[guru]
Depinde de creier și de procesul de gândire.


Răspuns de la Ivanov Ivan[guru]
Conform diverselor estimări, 10-30%.
Dar acest lucru nu este mai important, ci că alte organe pot supraviețui fără oxigen pentru o perioadă foarte lungă de timp,
apoi după câteva minute creierul moare în părți (accident vascular cerebral) sau complet.
Fluxul de sânge prin care hemoglobina transportă oxigenul către creier este blocat - asta este tot.
Și cu o lipsă de O2 în aer, nu există nici un mecanism pentru ca toate acestea să fie mobilizate special către creier, așa că și aici este primul care suferă.


Răspuns de la Succes[guru]
Atât cât este necesar pentru ca organismul să funcționeze corect!


Răspuns de la Irka-durka[expert]
a 4e tebya takou vopros zainteresoval=)


Răspuns de la Al naibii de geniu[guru]
15 la sută oxigen.


Răspuns de la Alexandru Tverdy[guru]
Aportul de oxigen a creierului depinde de culoarea părului. Dacă o femeie are părul blond, de culoarea paiului sau gri, atunci fiecare păr furnizează mai mult oxigen creierului. Și dacă este întunecat, castaniu sau negru, atunci structura părului se înfundă cu vopsea și împiedică fluxul de oxigen.
Cea mai scăzută aport de oxigen a creierului se observă la acele femei care își vopsesc părul Culori diferite simultan. (rosu - violet - verde)
La femeile cu lungi păr blond(le numesc blonde) cel mai mare procent de oxigen care intră în creier! Oamenii de știință cred că cantitatea de oxigen care curge în interiorul părului este cea care afectează oxidativ, mental și altele. procese biologice. Din acest motiv, blondele experimentează mai des amețeli și o evaluare inadecvată a lumii din jurul lor.


Răspuns de la B-boy Haseky[guru]
1% creier


Răspuns de la Olga Senik[guru]
Este dificil de estimat cantitatea de oxigen consumată ca procent deoarece... acesta este un indicator mai degrabă individual și mobil; în condiții de hipoxie (lipsa de oxigen), alte țesuturi pot trece temporar la căile metabolice anaerobe, iar creierul lucrează numai cu oxigen (și glucoză, de altfel), prin urmare, în aceste condiții a deficitului de oxigen, consumul PROCENTUL de oxigen al creierului crește în mod corespunzător.


Răspuns de la Utilizatorul a fost șters[guru]
creierul primește de la 3 la 8% oxigen


Răspuns de la Svetlana[guru]
ha, ha, ha, ha, ha


Răspuns de la Oleg Agafonov[guru]
Buna ziua.
Ia 0%, pentru că nu există nicio modalitate de a ajunge (oxigenul) acolo (la creier...))
Pa.


Răspuns de la Alexandra[guru]
Corpul uman, atunci când se află într-o stare calmă, relaxată, absoarbe aproximativ trei sute de centimetri cubi de oxigen pe minut. Creierul ocupă o șaseme din el - adică cincizeci de centimetri cubi, indiferent dacă o persoană doarme sau este trează. Iar din cele cinci sute de grame de carbohidrați pe care le absoarbe corpul uman, creierul ia nouăzeci.


Răspuns de la Aqua Irina[guru]
..totul depinde de cantitatea de creier...


Creierul absoarbe cu lăcomie oxigenul. Acest lucru poate fi verificat cu ușurință prin determinarea concentrației de oxigen în arterială și sânge venos. În timpul repausului, creierul consumă de 20 de ori mai mult oxigen decât țesutul muscular. În timpul muncii mentale intense, consumul de oxigen de către creier crește în mod clar.

Aceste cifre indică și nevoia nesățioasă a creierului de oxigen. Greutatea creierului adult este de obicei de 2-2,5% din greutatea corporală. În același timp, creierul consumă 1/5 sau chiar 1/4 din tot oxigenul pe care corpul uman îl consumă.

Nu ne gândim bine într-o cameră înfundată. Se pare că toată lumea a experimentat asta. Unii oameni le este deosebit de greu cu lipsa de oxigen. Dar copiii noștri? Ei tolerează și mai rău deficiența de oxigen. Și asta nu este o coincidență. La un copil sub patru ani, aproximativ jumătate din oxigenul consumat de organism este consumat de creier.

Țesutul creierului este cel mai sensibil la droguri și alcool etilic. Chiar și concentrațiile mici de alcool îi deprimă respirația...

Cercetătorii au calculat că aportul de oxigen dizolvat în sânge, în vasele de sânge ale creierului și în țesutul în sine este foarte limitat. Resursele proprii sunt suficiente pentru doar 10 secunde. Dacă oxigenul nu este furnizat prin fluxul sanguin, atunci o catastrofă biochimică poate apărea foarte curând.

Dar, de fapt, de ce țesutul creierului are nevoie de mult oxigen?

Probabil, pentru ca munca să fie făcută, creierul ar putea trăi. Și aici întâlnim un fenomen care este caracteristic doar creierului.

Pentru a lucra, trebuie să ardeți un fel de combustibil. Glucoza este aproape singurul combustibil pentru creier. Oxigenul este cheltuit în principal pentru oxidarea acestei substanțe. Produșii finali ai transformării glucozei sunt dioxidul de carbon și apa. Cu toate acestea, în acest caz se formează o altă sursă universală de energie - molecula ATP. Oferă aproape toată cheltuiala energetică a creierului.

Creierul, într-un anumit sens, este nemercenar. El nu are rezerve semnificative de glucoză și trăiește, după cum se spune, pentru astăzi.

Puteți verifica acest lucru printr-o experiență simplă. Folosind un aparat de ras obișnuit, tăiem felii subțiri din organele interne ale șoarecilor de laborator: ficatul, rinichii, mușchii. Este mai dificil să faci secțiuni ale cortexului cerebral, dar este posibil.

Să plasăm secțiuni ale fiecărui organ separat ser fiziologic, turnat în vase mici cu un volum de câțiva centimetri cubi fiecare. Vom atașa la vase manometre din sticlă cu gradații. Să nu turnăm în manometru un numar mare de lichid special preparat și colorat. Acum să coborâm întreaga noastră structură într-o baie cu apa calda, dar astfel încât manometrul să fie în afara băii, iar vasul să fie în interiorul acesteia. Temperatura apei în baie este de 37 de grade, adică aproape de temperatura corpului unui animal de laborator.

Feliile de organ respiră și consumă oxigen. Volumul de gaz din vas scade, iar acest lucru se reflectă în citirile manometrului. O coloană de lichid se strecoară în sus. Desigur, încet, dar destul de vizibil. În acest fel, puteți calcula câți milimetri cubi de oxigen au fost absorbiți de o probă de 100 de miligrame de țesut într-un minut.

Și aici ne confruntăm fenomen neobișnuit. Secțiuni ale ficatului, rinichilor și țesutului muscular consumă oxigen într-un ritm constant pentru o perioadă destul de lungă. În orice caz, acest proces poate fi observat timp de cinci sau zece minute. Țesutul creierului este o altă problemă. Respirația ei încetinește rapid, dar de îndată ce se adaugă o picătură de soluție de glucoză, revigorează și respiră din nou cu aceeași intensitate.

Experiența pe care am făcut-o este foarte clară. Indică faptul că celulele nervoase ale cortexului cerebral își acoperă nevoile energetice aproape exclusiv din glucoză, care este transportată prin fluxul sanguin.

Și acum apare o întrebare legitimă: cum produce oxidarea glucozei o altă sursă universală de energie - molecule de acid adenozin trifosforic?

Hipocrate - marele doctor Grecia antică- într-una dintre lucrările sale el a scris: „Există într-o persoană atât amar, cât și sărat, și dulce, și acru, și tare și moale și mult mai mult într-un număr infinit, varietate în proprietăți, cantitate, putere.” Folosind exemplul transformărilor oxidative ale glucozei în creierul uman și formarea unei alte surse universale de energie - acidul adenozin trifosforic, putem urmări sistemul de transformări uimitoare ale „dulce”, glucoză, în ATP, „acru”, conform lui Hipocrate.

Dacă pur și simplu ardeți molecule de glucoză într-un curent de oxigen, se formează apă și dioxid de carbon. Acest lucru va evidenția cantitate semnificativă energie. Desigur, această metodă de generare a energiei este inacceptabilă pentru o celulă vie. Energia din celulă este consumată în porții mici. Ar trebui să se formeze treptat și să se acumuleze „în rezervă”. Având o rezervă de „energie conservată”, o celulă vie este capabilă să răspundă extrem de rapid la schimbări Mediul extern. Mai mult, procesul de producere a energiei de către o celulă poate fie să încetinească, fie să accelereze brusc.

Fiecare dintre noi a văzut asta de nenumărate ori. De exemplu, stăteai liniștit pe un scaun. Consumul de energie în țesutul muscular a fost relativ mic. Te-ai ridicat repede și ai început să alergi repede; Uzina de producere a energiei biochimice funcționa la capacitate maximă.

Un lung lanț de transformări biochimice ale glucozei a început. Aceasta implică zeci de transformări chimice ale moleculei care se desfășoară treptat a compusului original. Dar în acest caz ne interesează rezultat final. Odată cu oxidarea completă a unei molecule de glucoză, sunt sintetizate treizeci și opt de molecule de acid adenozin trifosforic.

Acum devine clar de ce energia din creier este generată în principal prin oxidarea glucozei, prin respirație. Cu această metodă, în special se formează o mulțime de ea. Procesul de gândire este însoțit de o cheltuială semnificativă de energie în sensul cel mai literal al cuvântului.


Consumul de O2 în repaus.De cantitatea de oxigen consumată de țesut depinde stare functionala celulele care o alcătuiesc.În tabel Tabelul 23.1 prezintă date privind consumul de oxigen de către diferite organe și părți ale acestora atunci când corpul este în repaus la temperatura normala. Rata consumului de oxigen de către un anumit organ () este de obicei


exprimat în ml O 2 la 1 G sau 100 g de masă pe 1 minut (acest lucru ia în considerare masa organului în conditii naturale). În conformitate cu Principiul lui Fick determinat pe baza circulație sanguină() printr-unul sau altul organ și diferențe de concentrații O 2 în organism sânge arterialși sânge venos care curge din el ():

(1)

Când corpul este în repaus, oxigenul este absorbit relativ intens de miocard și substanța cenușie a creierului(în special, scoarță), ficatȘi cortexul renal.În același timp muschii scheletici, splina și substanța albă a creierului consumă mai puțin oxigen (Tabelul 23.1).

Diferențele în consumul de oxigen zone diferite unuȘi același organ. Poate fi măsurat în multe organe fluxul sanguin prin zone limitate de țesut prin determinarea clearance-ului gazelor inerte(de exemplu, 85 Kg, 133 Xe și H2). Astfel, dacă este posibil să se preleveze o probă de sânge dintr-o venă care drenează o zonă dată, atunci această metodă permite să se determine consumul de oxigen din aceasta. În plus, în urmă cu câțiva ani, a fost dezvoltată metoda tomografiei cu emisie de pozitroni (PET), care face posibilă măsurarea directă a fluxului sanguin și a consumului de O 2 în anumite părți ale organelor. Această metodă a fost folosită cu succes pentru a studia creierul uman. Înainte de introducerea metodei PET, după cum se poate observa din Tabel. 23.1, măsura consumul regional O 2 a fost posibil doar în câteva organe.

La studierea consumului de oxigen de către țesuturile cerebrale ale diferitelor mamifere, s-a demonstrat că cortexul emisfere cerebrale consumă de la 8 10 −2 la 0,1 ml O 2 g −1 min −1 . Pe baza consumului de O2 al întregului creier și al cortexului, se poate calcula consumul mediu de O2 substanța albă a creierului. Această valoare este de aproximativ 1 10 −2 ml g −1 min −1. Măsurare directă absorbția O 2 de către zone ale creierului la subiecții sănătoși folosind metoda tomografiei cu emisie de pozitroni a dat următoarele valori: pt. materie cenusie(V diverse zone) - aproximativ de la 4 la 6-10 −2 ml g −1 -min −1, pt. substanta alba-2-102 mlg −1 min −1 . Se poate presupune că consumul de oxigen variază nu numai în funcție de locație, ci și în celule diferite un singur complot. De fapt, la măsurarea (folosind microelectrozi de platină) consumul regional de O 2 de către straturile celulare superficiale ale cortexului cerebral, s-a demonstrat că în condiții de anestezie ușoară acest consum în zone mici variază de la aproximativ 4-10 -2 până la 0,12. ml - g −1 -min −1 . Rezultatele autoradiografiei


CAPITOLUL 23. RESPIRAȚIA ȚESUTURILOR 629

Tabelul 23.1. Valorile medii ale vitezei fluxului sanguin (), diferența arteriovenoasă în O 2 () și consumul de 0 2 () în diverse organe persoană la 37 °C
Organ Sursă de date
Sânge
Mușchii scheletici: în repaus cu severă activitate fizica
Splină
Creier: materie albă din cortex
Ficat
Rinichi: cortex stratul exterior al medulului stratul interior al medulului
Inima: în repaus în timpul unei activități fizice intense

Studiile fizice ale fluxului sanguin regional (folosind iod-14C-antipirină) și consumului regional de glucoză (folosind 14C-2deoxiglucoză) în cortexul cerebral sugerează că acești parametri diferă semnificativ și în zonele învecinate. La persoanele cu vârsta peste 30 de ani, fluxul sanguin regional și consumul de O2 din substanța cenușie a creierului scad treptat odată cu vârsta. Aproximativ aceleași diferențe în consumul de oxigen au fost găsite între părțile individuale ale rinichilor. ÎN cortexul rinichi, consumul mediu de O 2 este de câteva ori mai mare decât în zonele interneȘi papilele medulare. Deoarece nevoile de oxigen ale rinichilor depind în principal de intensitatea reabsorbției active a Na + din lumenul tubilor în țesut, se crede că astfel de diferențe pronunțate în consumul regional de O 2 se datorează în principal diferenței dintre valori. a acestei reabsorbții în corticală și medular .

Consumul de O2 în condiții activitate crescută organ. ÎN Dacă activitatea oricărui organ crește dintr-un motiv sau altul, crește și rata metabolismului energetic din acesta și, în consecință, nevoia de oxigen a celulelor. În timpul consumului de activitate fizică


O 2 țesut miocardic poate crește de 3-4 ori și funcționează muschii scheletici-de peste 20-50 de ori fata de nivelul de repaus. O consum de 2 tesuturi rinichi crește odată cu creșterea ratei de reabsorbție a Na +.

În majoritatea organelor viteza de absorbţie a O 2 nu depinde de viteza fluxului sanguinîn ele (cu condiţia ca tensiunea de O 2 în ţesuturi să fie suficient de mare). Rinichii sunt o excepție. Există o viteză critică de perfuzie, depășire care provoacă formarea de ultrafiltrat; la acest nivel de filtrare flux sanguin crescut acompaniat de consum crescut Aproximativ 2 țesut renal. Această caracteristică se datorează faptului că intensitatea filtrare glomerulară(și prin urmare reabsorbția Na +) este proporțională cu viteza fluxului sanguin.

Dependența consumului de O2 de temperatură. Consumul de O2 de către țesuturi este extrem de sensibil la schimbările de temperatură. Pe măsură ce temperatura corpului scade, metabolismul energetic încetinește, iar nevoia de oxigen în majoritatea organelor scade. Cu termoreglarea normală, activitatea organonilor implicați în menținerea echilibrului termic crește, iar consumul lor de oxigen crește. Astfel de organe includ, în special, mușchii scheletici; funcţia lor de termoreglare se realizează prin creştere tonusului muscularși tremurând (p. 667). Creșterea temperaturii corpului


63β PARTEA VI. SUFLARE


însoţită de o creştere a nevoii de oxigen în majoritatea organelor. Conform regulii lui Van't Hoff, atunci când temperatura se modifică cu 10 o C în intervalul de la 20 la 40 o C, consumul de oxigen de către țesuturi se modifică în aceeași direcție de 2 3 ori (Q 10 = 2-3). Pentru unii operatii chirurgicale Poate fi necesară oprirea temporară a circulației sângelui (și, prin urmare, aprovizionarea organelor cu O2 și substanțe nutritive). În același timp, pentru a reduce necesarul de oxigen al organelor, se utilizează adesea hipotermia (scăderea temperaturii corpului): pacientului i se administrează o anestezie atât de profundă încât mecanismele de termoreglare sunt suprimate.

Sistemul circulator este format din inimă și vase de sânge. Contracțiile ritmice ale mușchiului inimii asigură mișcarea continuă a sângelui în interior sistem închis vasele. Sângele, îndeplinind o funcție trofică, transportă substanțele nutritive din intestinul subțire către celulele întregului organism, de asemenea asigură transportul oxigenului de la plămâni la țesuturi și al dioxidului de carbon din țesuturi la plămâni, îndeplinind funcția respiratorie.

În același timp, în sânge circulă o cantitate mare de substanțe biologic active. substanțe active, care reglează și combină activitatea funcțională a celulelor corpului. Sângele asigură egalizarea temperaturii diverse părți corpuri. Sistemul respirator include cavitatea nazală, laringe, trahee, bronhii și plămâni. În procesul de respirație, oxigenul intră constant în organism din aerul atmosferic prin alveolele plămânilor, iar dioxidul de carbon este eliberat din organism.

Procesul de respirație- este un întreg complex procese fiziologice, la implementarea căruia nu doar participă Masina care ajuta respiratia, dar și sistemul circulator. Traheea din partea sa inferioară este împărțită în două bronhii, fiecare dintre acestea, intrând în plămâni, ramuri ca un copac. Cele mai mici ramuri finale ale bronhiilor (bronhiole) trec în canalele alveolare închise, în pereții cărora există un număr mare de formațiuni sferice - vezicule pulmonare (alveole). Fiecare alveole este inconjurata de o retea densa capilare sanguine. Suprafața totală a tuturor veziculelor pulmonare este foarte mare, este de 50 de ori mai mare decât suprafața pielii umane și se ridică la mai mult de 100 m2. Plămânii sunt localizați într-o cavitate închisă ermetic cufăr. Ele sunt acoperite cu o membrană subțire, netedă - pleura; aceeași membrană căptușește interiorul cavității toracice. Spațiul format între aceste două straturi ale pleurei se numește cavitate pleurală.

Presiunea in cavitatea pleuralaîntotdeauna sub nivelul atmosferic la expirare cu 3-4 mm Hg. Art., la inhalare - cu 7-9 mm. Mecanismul de respirație se realizează în mod reflex (automat). În repaus, schimbul de aer în plămâni are loc ca urmare a mișcărilor ritmice respiratorii ale toracelui. Când scade în cavitatea toracică presiune în plămâni (destul de pasiv din cauza diferenței de presiune), o porțiune de aer este aspirată - are loc inhalarea. Apoi, cavitatea toracică scade și aerul este împins din plămâni - are loc expirația. Expansiunea cavității toracice are loc ca urmare a activității mușchilor respiratori. În repaus, la inhalare, cavitatea toracică se extinde cu o specială muşchiul respirator, despre care a fost discutat mai devreme - diafragma, precum și mușchii intercostali externi; cu intens munca fizica sunt incluși și alți mușchi (scheletici). Expirația în repaus se realizează clar pasiv, cu relaxarea mușchilor care au efectuat inhalarea, pieptul sub influența gravitației și presiune atmosferică scade.

În timpul muncii fizice intense, expirația implică mușchii abdominali, mușchii intercostali interni și alți mușchi scheletici. Clase sistematice exercițiu fizic iar sportul întărește mușchii respiratori și ajută la creșterea volumului și mobilității (excursie) toracelui. Etapa de respirație în care oxigenul din aerul atmosferic trece în sânge, iar dioxidul de carbon din sânge în aerul atmosferic, numită respirație externă; transferul de gaze prin sânge este următoarea etapă și, în cele din urmă, respirația tisulară (sau internă) - consumul de oxigen de către celule și eliberarea de dioxid de carbon ca urmare reactii biochimice asociat cu formarea energiei pentru a asigura procesele vitale ale organismului.

Respirație externă (pulmonară). efectuate în alveolele plămânilor. Aici, prin pereții semipermeabili ai alveolelor și capilarelor, oxigenul trece din aerul alveolar, umplând cavitățile alveolelor. Moleculele de oxigen și dioxid de carbon realizează această tranziție în sutimi de secundă. După ce oxigenul este transferat din sânge în țesuturi, are loc respirația tisulară (intracelulară). Oxigenul trece din sânge în lichidul interstițial și de acolo în celulele țesuturilor, unde este folosit pentru a asigura procesele metabolice. Dioxidul de carbon, produs intens în celule, trece în lichidul interstițial și apoi în sânge. Cu ajutorul sângelui este transportat în plămâni, din care este excretat din organism.

Trecerea oxigenului și a dioxidului de carbon prin pereții semipermeabili ai alveolelor, capilarelor și membranelor globulelor roșii. materie albă, care înconjoară gri, constă din procese care conectează celulele nervoase ale măduvei spinării; senzorial ascendent (eferent), care conectează toate organele și țesuturile corpul uman(cu excepția capului) cu creierul, căile motorii (aferente) descendente care merg de la creier la celulele motorii ale măduvei spinării.

Astfel, nu este greu de imaginat că măduva spinării îndeplinește o funcție reflexă și conductoră pentru impulsurile nervoase. ÎN diverse departamente Măduva spinării conține neuroni motori (celule nervoase motorii) care inervează mușchii extremităților superioare, spatelui, pieptului, abdomenului și extremităților inferioare.

ÎN regiune sacră sunt amplasate centre de defecare, urinare și activitate sexuală. O funcție importantă a neuronilor motori este de a asigura în mod constant tonusul muscular necesar, datorită căruia toate actele motorii reflexe sunt desfășurate ușor și lin. Tonul centrilor măduvei spinării este reglat de părțile superioare ale sistemului nervos central. Leziunile măduvei spinării duc la diverse încălcări legat de eșec functia de conductor. Toate tipurile de leziuni și boli ale măduvei spinării pot duce la tulburări de durere și sensibilitate la temperatură, perturbarea structurii complexului. mișcări voluntare, tonusul muscular etc. Creierul este o colecție sumă uriașă celule nervoase. Este format din secțiuni anterioare, intermediare, mijlocii și posterioare.

Structura creierului incomparabil mai complexă decât structura oricărui organ al corpului uman. Să numim câteva caracteristici și funcții vitale. Deci, de exemplu, o astfel de formare a creierului posterior ca medular, este locația celor mai importante centrii reflexi(respiratorii, nutriționale, reglarea circulației sanguine, transpirații). Prin urmare, deteriorarea acestei părți a creierului provoacă moartea instantanee. Nu vom vorbi în detaliu despre structura și funcțiile specifice ale cortexului cerebral, dar trebuie menționat că cortexul cerebral este cea mai tânără parte a creierului din punct de vedere filogenetic (filogeneza este procesul de dezvoltare a organismelor vegetale și animale în timpul existența vieții pe Pământ).

În procesul de evoluţie, scoarţa cerebrală capătă semnificative structurale şi caracteristici funcționaleși devine cel mai înalt departament al sistemului nervos central, modelând activitatea organismului în ansamblu în relația sa cu mediul. Aparent, va fi utilă caracterizarea unor trăsături mai anatomo-fiziologice ale creierului uman.

Creierul uman cântărește în medie 1400 g. Relația dintre greutatea creierului și greutatea corpului uman, conform diverși autori, este relativ mic. Numeroase studii au stabilit că activitatea normală a creierului este asociată cu alimentarea cu sânge. După cum se știe, principala sursă de energie necesară pentru funcționarea elementelor nervoase este procesul de oxidare a glucozei. Cu toate acestea, creierul nu are rezerve de carbohidrați, cu atât mai puțin oxigen și, prin urmare schimb normal substanțele din acesta depind în totalitate de aprovizionarea constantă cu resurse energetice cu sânge.

Creierul este activ nu numai în timpul stării de veghe, ci și în timpul somnului. Țesutul creierului consumă de 5 ori mai mult oxigen decât inima și de 20 de ori mai mult decât mușchii. Reprezentând doar aproximativ 2% din greutatea corporală a unei persoane, creierul absoarbe 18-25% din oxigenul consumat de întregul corp. Creierul este semnificativ superior altor organe în ceea ce privește consumul de glucoză. Foloseste 60-70% din glucoza produsa de ficat, ceea ce se ridica la 115 g pe zi, si asta in ciuda faptului ca creierul este unul dintre ultimii in ceea ce priveste cantitatea de sange pe care o contine.

Deteriorarea alimentării cu sânge a creierului poate fi asociată cu inactivitatea fizică ( într-o manieră sedentară viaţă). În cazul inactivității fizice, cele mai frecvente plângeri sunt durerile de cap de diferite localizare, intensitate și durată, amețeli, slăbiciune, scăderea performanței mentale, tulburări de memorie și iritabilitate. Sistemul nervos autonom este un departament specializat al sistemului nervos unificat al creierului, reglementat, în special, de cortexul cerebral.

Spre deosebire de sistemul nervos somatic, care inervează mușchii voluntari (scheletici) și asigură sensibilitatea generală a corpului și a altor organe de simț, sistemul nervos autonom reglează activitatea organelor interne - respirația, circulația sângelui, excreția, reproducerea, glandele. secretie interna etc.Sistemul nervos autonom este împărțit în sistemul simpatic și parasimpatic.

Activitatea inimii, a vaselor de sânge, a organelor digestive, a excreției, a organelor de reproducere etc.; reglarea metabolismului, formarea termică, participarea la formarea reacțiilor emoționale (frică, furie, bucurie) - toate acestea sunt sub controlul sistemelor nervoase simpatic și parasimpatic și toate sub același control din partea superioară a sistemului nervos central . S-a demonstrat experimental că influența lor, deși de natură antagonistă, este consecventă în reglementare funcții esențiale corp. Receptori și analizoare. Condiția principală pentru existența normală a unui organism este capacitatea acestuia de a se adapta rapid la schimbări mediu inconjurator. Această abilitate se realizează datorită prezenței educatie speciala- receptori.

Receptorii, având specificitate strictă, se transformă stimuli externi(sunet, temperatură, lumină, presiune etc.) în impulsuri nervoase, care conform fibrele nervoase transmisă la sistemul nervos central. Receptorii umani sunt împărțiți în două grupe principale: receptori externi (externi) și receptori intero (interni). Fiecare astfel de receptor este parte integrantă un sistem de analiză în care ajung impulsuri și care se numește analizor.

Analizorul este format din trei secțiuni - receptorul, partea conductoare și formațiunea centrală a creierului. Cel mai înalt departament al analizorului este cel cortical. Fără a intra în detalii, vom enumera doar numele analizatorilor, al căror rol în viața oricărei persoane este cunoscut de mulți. Acesta este un analizor de piele (sensibilitate tactilă, durere, căldură, frig), motor (receptorii din mușchi, articulații, tendoane și ligamente sunt excitați sub influența presiunii și întinderii), vestibular (percepe poziția corpului în spațiu), vizual (lumină și culoare), auditiv (sunet), olfactiv (miros), gustativ (gust), visceral (starea unui număr de organe interne).

CATEGORII

ARTICOLE POPULARE

2023 „kingad.ru” - examinarea cu ultrasunete a organelor umane