Sistemele respirator și circulator. Sânge

Originea creierului Saveliev Sergey Vyacheslavovich

§ 6. Consumul de oxigen de către creier

Este complet greșit să legăm intensitatea 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 - 0,07 l / h. Cu toate acestea, acesta este consumul total de oxigen, care diferă în ordine de mărime în 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. Noțiunea de modificare a consumului de oxigen din creier proporțional cu dimensiunea corpului rămâne o concepție greșită ciudată. Dacă la orice mamifer consumul de oxigen al creierului devine mai mic de 12,6 l / (kg-h), apare moartea. La acest nivel de oxigen, creierul poate rămâne activ doar 10-15 secunde. După 30-120 de secunde, activitatea reflexă se estompează, iar după 5-6 minute începe moartea neuronilor. Cu alte cuvinte, țesutul nervos practic nu are resurse proprii. Nici scorpiiul, nici măcar elefantul nu ar fi avut vreo șansă de supraviețuire dacă nu ar fi asigurat consumul de oxigen al creierului. mecanisme speciale. Creierul primește oxigen, apă cu soluții de electroliți și nutrienți conform unor legi care nu au nimic de-a face cu intensitatea metabolismului altor organe. Valorile de consum ale tuturor componentelor „utilizabile” sunt relativ stabile și nu pot fi sub un anumit nivel, ceea ce asigură activitatea funcțională a creierului.

Trebuie remarcat faptul că creierul redă adesea influență decisivă asupra metabolismului întregului animal. Consumul de energie al creierului nu poate fi sub o anumită valoare. Asigurarea acestui nivel este atins în diferite grupuri sistematice prin modificarea ratei de circulație a sângelui în vasele sistemului nervos. Motivul acestor diferențe sunt modificări ale numărului de capilare din 1 mm de țesut cerebral. Desigur, în diferite departamente 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 viteza fluxului sanguin trebuie să fie mai mare pentru a asigura aportul necesar de oxigen și nutrienți. Puteți crește metabolismul datorită ritmului cardiac, respirației și vitezei de aport alimentar. Acesta este ceea ce se întâmplă la mamiferele mici. Informațiile despre densitatea capilarelor din creierul animalelor sunt foarte incomplete. Cu toate acestea, există o tendință generală care arată dezvoltarea evolutivă a rețelei capilare a creierului. Într-o broaște de iaz, lungimea capilară de 1 mm 3 de țesut cerebral este de aproximativ 160 mm; într-un pește cartilaginos cu cap întreg, 500; într-un rechin, 100; șoareci 700, șobolani - 900, iepuri - 600, pisici - 900 , câini - 900, și primate și oameni - 12001400 mm. Trebuie luat în considerare faptul că, atunci când lungimea capilarelor este scurtată, zona suprafeței lor de contact cu tesut nervos scade exponential. Acest lucru indică faptul că, pentru a menține un nivel minim de aport de oxigen la creier, inima scorpiei trebuie să se contracte de câteva ori mai frecvent decât la primate și la oameni. 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. Este de aproximativ 4% la om, 8% la capucin și 14% la scorpii din greutatea corporală totală. Prin urmare, unul dintre organele cheie care determină metabolismul animalelor este creierul.

Să încercăm să estimăm ponderea reală a energiei consumate de corpul animalelor cu creier și greutăți corporale diferite. Masa relativă mare a sistemului nervos al mamiferelor mici impune cerințe mari asupra nivelului de metabolism al creierului însuși. Costul întreținerii acestuia este comparabil cu costul întreținerii creierului uman, care este bine cercetat. Consumul de bază de nutrienți și oxigen de către creierul uman 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 la reprezentanții mari și mici ai acestei specii. Cu toate acestea, chiar și această valoare este disproporționat de mare. Creierul uman are 1/50 din greutatea corpului și consumă 1/10 din toată energia - de 5 ori mai mult decât orice alt organ. Acestea sunt cifre oarecum subestimate, deoarece doar consumul de oxigen este de 18%. Să adăugăm costul întreținerii măduvei spinării și sistem perifericși obțineți aproximativ 1/7. În consecință, în stare inactivă, sistemul nervos uman consumă aproximativ 15% din energia întregului organism. Acum luați în considerare situația cu creierul care funcționează activ și sistemul nervos periferic. 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, putem presupune cu încredere că aproximativ 25–30% din toate cheltuielile corpului sunt reprezentate de 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 modului intensiv al 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 nu este aproape niciodată 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 pentru întreținerea creierului devin un limitator al activității intelectuale pentru animalele mici.

De exemplu, să presupunem că o aluniță de scoiță americană decide să-și folosească creierul așa cum o fac primatele sau oamenii. Luați 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, cântărind aproximativ 0,9 g. sistem nervos, care reprezintă mai mult de 5% din greutatea corporală, alunița cheltuiește aproximativ 30% din total resurse energetice organism. Dacă se gândește să rezolve o problemă de șah, atunci costul corpului său pentru întreținerea creierului se va dubla, iar alunița va muri instantaneu de foame. Chiar dacă alunița împinge în intestinele infinitului râma din caviarul negru tot va muri oricum. Creierul va avea nevoie de atât de multă energie încât vor exista probleme insolubile cu rata producției de oxigen și livrarea componentelor metabolice inițiale din tract gastrointestinal. Dificultăți similare vor apărea cu excreția produselor metabolice ai sistemului nervos și răcirea elementară 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. procesele metaboliceîn creierul primatelor.

În metabolismul sistemului nervos se pot distinge trei procese dinamice principale: schimbul de oxigen și dioxid de carbon, consum materie organicăși excreția produselor de catabolism, schimbul de apă și soluții de electroliți. Proporția consumului acestor substanțe de către 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. şobolan cenuşiu (Rattus rattus) are un sistem nervos care cântărește aproximativ 1/60 din greutatea corporală. Acest lucru este deja suficient pentru a ajunge scădere vizibilă metabolismul relativ al creierului. Nu are sens 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 scorpiei. Avantaj evident creșterea greutății corporale este de a reduce costul de întreținere a creierului. Functioneaza permanent departamentele periferice nu sunt la fel de costisitoare precum creierul, astfel încât o creștere a greutății corporale duce la o relativă „imbunătățire” a creierului.

Prin urmare, pentru a crea un creier individualizat, este 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 costuri mari de întreținere, nu va putea asigura costuri energetice pentru creșterea activității sale. Astfel, nu se pot aștepta soluții la probleme complexe sau individualizarea profundă a comportamentului adaptativ. Dacă animalul este mare și dimensiunea creierului este relativ mică, atunci sunt permise fluctuații semnificative ale costurilor energetice pentru întreținerea acestuia. În această situaţie, atât individualizarea comportamentului cât şi procese complexeînvăţare. Cu toate acestea, chiar și într-un animal mare cu bun creier dezvoltat sunt probleme energetice. Sistemul nervos este prea scump pentru exploatarea intensivă. Un sistem nervos mic și care lucrează intens consumă o proporție uriașă din resursele organismului. Această situație este nefavorabilă. O soluție justificată energetic nu poate fi decât o utilizare pe termen scurt a creierului pentru a rezolva probleme specifice. Acest lucru se observă la mamiferele mari. Activitatea scurtă este rapid înlocuită de odihnă prelungită.

Astfel, un sistem nervos mic și unul mare are propriile sale avantaje. Pentru a implementa comportamentul instinctiv, puteți avea un creier mic, dar adaptabilitatea acestuia se reduce la modificări ale instinctului. creier mare costă proprietarul său destul de scump, dar costurile mari ale energiei sunt pe deplin justificate. Un creier mare vă permite să faceți față sarcini provocatoare 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 mai ales la mamifere) are o proprietate care îl plasează într-o poziție excepțională. Această proprietate este asociată cu izolarea sa de restul organismului. Ca principal mecanism de integrare a muncii organe interne iar baza comportamentului este " corp strain» pentru propriul tău corp. Sistemul imunitar vede sistemul nervos ca pe ceva asemănător unui ghimpe în lateral. 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, există o contradicție clară. Principalul organ integrator nu trebuie să fie străin sistemului imunitar. Cu toate acestea, acesta este un fapt care este destul de ușor de găsit o explicație clară. Există prea multe componente organice specializate în creier care nu sunt folosite în altă parte a corpului. Creați în sistem imunitar mecanismul recunoașterii lor ca celule „lor” este extrem de dificil și nejustificat. Este mult mai „ieftin” să separă pur și simplu sistemul nervos de restul organismului. 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 face față izolării sistemului nervos de restul organismului, 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 Douglas 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 ale cuplurilor 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 percepem nu lumea, ci modelul 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 Sânge: râul vieții [De la legende antice la descoperiri științifice] autorul Asimov Isaac

Care este consumul de energie al creierului uman? S-a stabilit că în starea de veghe creierul uman consumă aproximativ 20

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

De ce consumul regulat de alcool, chiar moderat, este dăunător organismului? Alcoolismul este una dintre varietățile dependenței de droguri. Chiar și consumul moderat de alcool poate duce la o dependență severă, uneori aproape irezistibilă. 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, cum ar fi azotul, dioxidul de carbon, vaporii de apă sau argonul. 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 cele 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, speciile reactive de oxigen (ROS) sunt generate constant în timpul reducerii oxigenului cu un singur electron (molecula are un electron nepereche pe

La întrebarea Cât oxigen ia creierul? dat de autor Calcul greșit cel mai bun răspuns este Deși la un adult greutatea creierului este de doar aproximativ 2% din greutatea corpului, creierul consumă aproximativ 25% din oxigenul total absorbit de organism...
Creierul consumă aproximativ aceeași cantitate de oxigen ca un mușchi activ.
„creierul care se odihnește” consumă 9% din toată energia și 20% oxigen, „gândirea” - consumă aproximativ 25% din nutrienții care intră în organism și aproximativ 33% necesare organismului oxigen)

Răspuns de la Marksman[guru]
De ce este atât de greu pentru creier...


Răspuns de la Nevroză[guru]
avar


Răspuns de la arunca[activ]
Toți nutrienții și oxigenul și, în general, tot ceea ce este necesar, sunt livrate 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 livrată organelor în funcție de raportul lor de masă, și nu 10-30, și cu atât mai mult, nu 90% din carbohidrați, așa cum s-a menționat mai sus. Ei bine, după cum s-a spus pe bună dreptate, depinde de curent în ce măsură anumite țesuturi sunt încărcate de muncă, unde procesele redox merg mai repede acolo și transferul de sânge este mai intens și, prin urmare, absorbția oxigenului... nu se poate vorbi despre orice procente statistice medii. Și 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. functioneaza, ia exact cat are nevoie, pentru ca este CREIERUL! Ei bine, dacă este leneș, atunci de ce are nevoie de oxigen? Va muri fără dorința de a munci. Este adevarat?


Răspuns de la Christina sunt eu[activ]
nu am unul....


Răspuns de la Gheorghi Iurievici[guru]
Și 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 faptul că alte organe se pot face fără oxigen pentru o perioadă foarte lungă de timp,
apoi creierul în câteva minute piere pe părți (accident vascular cerebral) sau complet.
Fluxul sanguin prin care hemoglobina transportă oxigenul către creier este blocat – și atât.
Și cu o lipsă de O2 în aer, nu există nici un mecanism pentru ca acesta să-l mobilizeze pe tot pe creier, așa că aici este primul care suferă.


Răspuns de la succes[guru]
Atât cât ai nevoie pentru funcționarea deplină a organismului!


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


Răspuns de la Genie neclară[guru]
15 la sută oxigen.


Răspuns de la Alexandru Solid[guru]
Aportul de oxigen a creierului depinde de culoarea în care este vopsit părul. Dacă o femeie are păr blond, pai sau gri, atunci mai mult oxigen intră în creier prin fiecare păr. Și dacă întuneric, castaniu sau negru, atunci structura părului se înfundă cu vopsea și îngreunează intrarea oxigenului.
Cea mai mică cantitate de oxigen către creier este observată 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 din 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, la blonde, amețelile, o evaluare inadecvată a lumii din jurul ei apare mai des.


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


Răspuns de la Olga Senik[guru]
Ca procent, este dificil de estimat cantitatea de oxigen consumată. acesta este un indicator destul de individual și mobil, în condiții de hipoxie (lipsa oxigenului), alte țesuturi pot trece temporar la căile metabolice anaerobe, iar creierul lucrează numai pe oxigen (și glucoză, de altfel), prin urmare, în aceste condiții de deficit de oxigen, consumul de oxigen PROCENT de creier 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. el (oxigenul) nu poate ajunge acolo (în creier) în niciun fel ...))
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 ia o a șasea parte - adică cincizeci de centimetri cubi, indiferent dacă o persoană doarme sau este trează. Și din 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 se poate verifica cu ușurință prin determinarea concentrației de oxigen în arterială și sânge venos. În timpul repausului, creierul consumă prin poștă de 20 de ori mai mult oxigen decât țesutul muscular. Cu o muncă mentală intensă, consumul de oxigen de către creier crește în mod clar.

Astfel de cifre mărturisesc și nevoia nesățioasă a creierului de oxigen. Greutatea creierului unui adult este de obicei de 2-2,5% din greutatea corporală. În același timp, creierul consumă 1/5 sau chiar 1/4 din oxigenul total consumat de corpul uman.

Nu ne gândim bine într-o cameră înfundată. Se pare că a fost experimentat de toată lumea. Unii oameni sunt deosebit de greu de tolerat lipsa de oxigen. Dar copiii noștri? Ei tolerează și mai rău deficiența de oxigen. Și asta nu este o coincidență. La un copil sub vârsta de 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 rezervele de oxigen dizolvat în sânge, în vasele de sânge ale creierului și în țesutul în sine, sunt foarte limitate. Doar pentru 10 secunde, are suficiente resurse proprii. Dacă oxigenul nu este furnizat cu fluxul sanguin, atunci o catastrofă biochimică poate apărea foarte curând.

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

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

Pentru a lucra, trebuie să ardeți un fel de combustibil. Acesta este aproape singurul combustibil pentru creier este glucoza. Oxigenul este utilizat în principal pentru oxidarea acestei substanțe. Produșii finali ai conversiei 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 toate costurile energetice ale creierului.

Creierul este, într-un anumit sens, nemercenar. Nu are niciun fel de rezerve solide de glucoză și trăiește, așa cum se spune, astăzi.

Puteți verifica acest lucru printr-o simplă experiență. Cu un aparat de ras obișnuit, tăiem cele mai subțiri felii ale organelor interne ale șoarecilor de laborator: ficatul, rinichii, mușchii. Secțiuni ale cortexului cerebral sunt mai dificil de realizat, dar posibile.

Așezați secțiunile fiecărui organ separat salină, turnat în vase mici cu un volum de câțiva centimetri cubi fiecare. Vom atașa vaselor manometre de sticlă cu diviziuni. Se toarnă în manometru un numar mare de lichid special preparat și colorat. Acum ne vom coborî întreaga structură într-o baie cu apa calda, dar astfel încât manometrul să fie în afara băii, iar vasul în interiorul acesteia. Temperatura apei din baie este de 37 de grade, adică aproape de temperatura corpului unui animal de laborator.

Secțiuni de organe 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. Astfel, este posibil să se calculeze câți milimetri cubi de oxigen au fost absorbiți de o probă de 100 de miligrame de țesut într-un minut.

Și aici ne confruntăm un fenomen neobișnuit. Secțiuni de țesut ale ficatului, rinichilor, mușchilor consumă oxigen într-un ritm constant pentru o perioadă destul de lungă. În orice caz, acest proces poate fi observat timp de cinci și zece minute. Un alt lucru este țesutul cerebral. Respirația ei încetinește rapid, dar de îndată ce se adaugă o picătură de soluție de glucoză, prinde viață și respiră din nou în același ritm.

Experiența pe care am făcut-o este foarte clară. Acesta mărturisește că celulele nervoase ale cortexului cerebral își acoperă nevoile energetice aproape exclusiv în detrimentul glucozei, care este transportată cu fluxul sanguin.

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

Hipocrate - marele doctor Grecia antică- într-una din scrierile sale 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, se poate urmări sistemul de transformări uimitoare ale „dulce”, glucoză, în ATP, „acru”, conform Hipocrate.

Dacă pur și simplu ardeți molecule de glucoză într-un curent de oxigen, se formează apă și dioxid de carbon. În același timp, va ieși în evidență cantitate semnificativă energie. Desigur, acest mod de a genera energie este inacceptabil 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. În plus, procesul de producere a energiei celulei poate încetini apoi, apoi accelera 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 te-ai repezit să alergi repede; centrala biochimică funcţionează la capacitate maximă.

A început un lanț lung de transformări biochimice ale glucozei. Include zeci de transformări chimice ale unei molecule 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 este generată în creier în principal prin oxidarea glucozei, prin respirație. Cu această metodă, se formează în special mult. Procesul de gândire este însoțit de o cheltuială semnificativă de energie în cel mai adevărat sens al cuvântului.


Consumul de O 2 în repaus.De cantitatea de oxigen consumată de țesut depinde stare functionala celulele sale constitutive.În tabel. 23.1 prezintă date despre 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 unul sau altul organ () este de obicei


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

(1)

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

Diferențele în consumul de oxigen diferite secțiuni 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 se scurge dintr-o zonă dată, atunci această metodă vă permite să determinați consumul de oxigen în ea. În plus, în urmă cu câțiva ani, a fost dezvoltată o metodă de tomografie 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 Aproximativ 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 consumă de la 8 10 −2 la 0,1 ml O 2 g −1 min −1 . Pe baza consumului de O 2 de către întreg creierul și cortexul, este posibil să se calculeze consumul mediu de O 2 substanța albă a creierului. Această valoare este de aproximativ 1 10 −2 mL g −1 min −1 . Măsurare directă absorbția O 2 de către regiunile creierului la subiecții sănătoși prin tomografia cu emisie de pozitroni a dat următoarele valori: pt. materie cenusie(în zone diferite) - de la aproximativ 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 o zonă. Într-adevăr, 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 autografului


CAPITOLUL 23

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

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

Consumul de O 2 în condiții activitate crescută organ. LAÎn cazul în care activitatea oricărui organ crește dintr-un motiv sau altul, rata metabolismului energetic în acesta crește și, în consecință, nevoia de celule în oxigen. În timpul consumului de efort


Cam 2 țesuturile miocardice poate crește de 3-4 ori și funcționează muschii scheletici- de peste 20-50 de ori fata de nivelul de odihna. Consum Aproximativ 2 țesuturi 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 determină formarea unui ultrafiltrat; la acest nivel de filtrare flux sanguin crescutînsoţit 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.

Dependenţa consumului de O 2 de temperatură. Consumul de O2 de către țesuturi este extrem de sensibil la schimbările de temperatură. Odată cu scăderea temperaturii corpului, metabolismul energetic încetinește, iar nevoia de oxigen pentru majoritatea organelor scade. Odată 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 cererii de oxigen a majorităţii organelor. Conform regulii 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 ţesuturi se modifică în aceeaşi direcţie de 2 3 ori (Q 10 = 2-3). Pentru unii operatii chirurgicale poate fi necesară oprirea temporară a circulației sângelui (și, în consecință, alimentarea organelor cu O 2 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, în care 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 sistem închis vasele. Sângele, îndeplinind o funcție trofică, transferă 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 un număr mare de substanțe biologic active. substanțe active, care reglează și combină activitatea funcțională a celulelor corpului. Sângele asigură egalizarea temperaturii diverse părți corp. Sistemul respirator include cavitatea nazală, laringe, trahee, bronhii și plămâni. În procesul de respirație din aerul atmosferic prin alveolele plămânilor, oxigenul intră constant în organism, iar dioxidul de carbon este eliberat din organism.

Procesul de respirație este un întreg complex procese fiziologice, în implementarea cărora nu numai Masina care ajuta respiratia dar şi sistemul circulator. Traheea din partea sa inferioară este împărțită în două bronhii, fiecare dintre acestea, intrând în plămâni, se ramifică într-o manieră asemănătoare unui copac. Cele mai mici ramuri finale ale bronhiilor (bronhiole) trec în pasaje alveolare închise, în pereții cărora există un număr mare de formațiuni sferice - vezicule pulmonare (alveole). Fiecare alveola 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 este mai mare de 100 m2. Plămânii sunt localizați într-o cavitate închisă ermetic cufăr. Ele sunt acoperite cu o înveliș netedă - pleura, aceeași înveliș căptușește interiorul cavității toracice. Spatiul format intre aceste doua foi de pleura se numeste cavitate pleurala.

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 este coborât în cavitatea toracică presiune în plămâni (destul de pasiv din cauza diferenței de presiune), o porțiune de aer este aspirată - are loc o inhalare. Apoi cavitatea toracică scade și aerul este împins din plămâni - are loc expirația. Expansiunea cavității toracice se realizează 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 intensiv munca fizica sunt incluși și alți mușchi (scheletici). Expirația în repaus este pronunțată pasiv, cu relaxarea mușchilor care au efectuat inhalarea, pieptul sub influența gravitației și presiune atmosferică scade.

Cu munca fizică intensivă, mușchii abdominali, mușchii intercostali interni și alți mușchi scheletici participă la expirație. Clase sistematice exercițiu iar sportul întărește mușchii respiratori și contribuie la creșterea volumului și mobilității (excursiile) toracelui. Etapa respirației în care oxigenul din aerul atmosferic trece în sânge, iar dioxidul de carbon din sânge în aerul atmosferic, se numește respirație externă; transferul de gaze de către sânge este următoarea etapă și, în cele din urmă, respirația tisulară (sau internă) este consumul de oxigen de către celule și eliberarea de dioxid de carbon de către acestea ca rezultat reacții biochimice asociat cu formarea energiei pentru a asigura procesele vitale ale organismului.

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

Tranziția oxigenului și a dioxidului de carbon prin pereții semipermeabili ai alveolelor, capilarelor și membranelor eritrocitare. materie albă, cenușiu înconjurător, este format din procese care conectează celulele nervoase ale măduvei spinării; sensibil ascendent (eferent), care conectează toate organele și țesuturile corpul uman(cu excepția capului) cu creierul, căile motorii (aferente) descrescătoare de la creier la celulele motorii ale măduvei spinării.

Astfel, nu este greu de imaginat că măduva spinării îndeplinește funcții reflexe și conducătoare pentru impulsurile nervoase. LA diverse departamente Măduva spinării conține neuroni motori (celule nervoase motorii) care inervează mușchii membrelor superioare, spatelui, pieptului, abdomenului și membrelor inferioare.

LA regiune sacră situate 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 se desfășoară ușor și fără probleme. Tonul centrilor măduvei spinării este reglat de părțile superioare ale sistemului nervos central. Leziunea măduvei spinării are ca rezultat diverse încălcări asociat cu eșecul functie conductoare. Toate tipurile de leziuni și boli ale măduvei spinării pot duce la o tulburare a durerii, sensibilitatea la temperatură, perturbarea structurii complexului. mișcări arbitrare, tonusul muscular etc. Creierul este un grup sumă uriașă celule nervoase. Este format din secțiunile 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, alimentare, reglarea circulației sanguine, transpirație). Prin urmare, înfrângerea acestei părți a creierului provoacă moartea instantanee. Nu vom vorbi în detaliu despre specificul structurii și funcțiilor cortexului cerebral, cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că cortexul cerebral este cea mai tânără parte a creierului în termeni filogenetici (filogeneza este procesul de dezvoltare a plantelor și animalelor). organisme în timpul existenței vieții pe Pământ).

În procesul de evoluţie, scoarţa cerebrală capătă semnificative structurale şi caracteristici funcționaleși devine cel mai înalt departament al sistemului nervos central, care formează activitatea organismului ca întreg în relația sa cu mediul. Aparent, va fi util să se caracterizeze unele trăsături mai anatomice și 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 el depinde în întregime de livrarea constantă a resurselor 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. Constituind doar aproximativ 2% din greutatea corpului uman, creierul absoarbe 18-25% din oxigenul consumat de intregul organism. Creierul depășește semnificativ alte organe în ceea ce privește consumul de glucoză. Aceștia folosesc 60-70% din glucoza formată de ficat, adică 115 g pe zi, și asta în ciuda faptului că creierul se află pe unul dintre ultimele locuri în ceea ce privește cantitatea de sânge pe care o conține.

Deteriorarea alimentării cu sânge a creierului poate fi asociată cu hipodinamie ( într-o manieră sedentară viaţă). Cu inactivitatea fizică, cele mai frecvente plângeri sunt durerile de cap de diverse localizare, intensitate și durată, amețeli, slăbiciune, scăderea performanțelor mentale, tulburări de memorie, iritabilitate. Sistemul nervos autonom este un departament specializat al sistemului nervos unificat al creierului, care este reglat, 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 senzoriale, sistemul nervos autonom reglează activitatea organelor interne - respirația, circulația sângelui, excreția, reproducerea, glandele. secretie interna etc.Sistemul nervos autonom este împărțit în sistem simpatic și parasimpatic.

Activitatea inimii, a vaselor de sânge, a organelor digestive, a excreției, a organelor genitale etc.; reglarea metabolismului, termogeneza, 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 antagonistă, este coordonată în reglare. funcții esențiale organism. 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 prin prezență educatie speciala- receptori.

Receptorii, având specificitate strictă, se transformă stimuli externi(sunet, temperatură, lumină, presiune etc.) în impulsuri nervoase, care fibrele nervoase transmisă la sistemul nervos central. Receptorii umani sunt împărțiți în două grupe principale: receptori externi (externi) și receptori intero (interni). Fiecare dintre acești receptori este parte integrantă sistem de analiză, care primește 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 cortical. Fără a intra în detalii, enumeram doar numele analizatorilor, al căror rol în viața oricărei persoane este cunoscut de mulți. Acesta este un analizor de piele (sensibilitate tactilă, dureroasă, termică, la 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

2022 "kingad.ru" - examinarea cu ultrasunete a organelor umane