Техносфера и безопасность жизнедеятельности

363

1. Понятие «биосфера», «техносфера». Среда обитания и ее эволюция

Биосфера - оболочка Земли, обл. распространения жизни на Земле, вкл. Нижний слой атм-ры, гидросферу и верхний слой литосферы не испытавших техногенного воздействия человека.

Техносфера - регион биосферы в прошлом, преобразованный людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия своим материальным и социально-экономическим потребностям.

Среда обитания - окружающая чел-ка среда обусловленная в данный момент совокупностью факторов (физ, хим, биолог, соц), способных оказать прямое или косвенное, немедленное или отдаленное воздействие на деят-ть чел-ка, его здоровье и потомство.

На всех этапах своего развития человек и общество непрерывно воздействовали на среду обитания. В XX в. на Земле возникли зоны повышенного антропогенного и техногенного влияния на природную среду, что привело к частичной, а в ряде случаев и к полной ее региональной деградации. Этим изменениям во многом способствовали:

-- высокие темпы роста численности населения на Земле (демографический взрыв) и его урбанизация;

-- рост потребления и концентрация энергетических ресурсов;

-- интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства;

-- массовое использование транспорта;

-- рост затрат на военные цели и ряд других процессов.

Демографический взрыв. Достижения в медицине, повышение комфортности деятельности и быта, интенсификация и рост продуктивности сельского хозяйства во многом способствовали увеличению продолжительности жизни человека и как следствие росту населения Земли. Одновременно с ростом продолжительности жизни в ряде регионов Мира рождаемость продолжала оставаться на высоком уровне, составляя 40 чел. на 1000 чел. в год и более.

Урбанизация. Одновременно с демографическим взрывом идет процесс урбанизации населения планеты. Этот процесс имеет во многом объективный характер, ибо способствует повышению производительной деятельности во многих сферах, одновременно решает социальные и культурно-просветительные проблемы общества.

Урбанизация непрерывно ухудшает условия жизни в регионах, неизбежно уничтожает в них природную среду. Для крупных городов и промышленных центров характерен высокий уровень загрязнения компонент среды обитания.

Рост энергетики, промышленного и сельскохозяйственного производства, численности транспорта. Увеличение численности населения Земли и военные нужды стимулируют рост промышленного производства, числа транспорта, приводят к росту производства энергетических и потреблению сырьевых ресурсов. Потребление материальных и энергетических ресурсов имеет более высокие темпы роста, чем прирост населения, так как постоянно увеличивается их среднее потребление на душу населения.

Во второй половине XX в. каждые 12--15 лет удваивалось промышленное производство ведущих стран мира, обеспечивая тем самым удвоение выбросов загрязняющих веществ в биосферу. Аналогичные или близкие к ним темпы роста наблюдались во многих других отраслях народного хозяйства. Значительно более высокими темпами развивалась химическая промышленность, объекты цветной металлургии, производство строительных материалов и др.

Необходимо отметить, что развитие промышленности и технических средств сопровождалось не только увеличением выброса загрязняющих веществ, но и вовлечением в производство все большего числа химических элементов.

Энергетические уровни техногенных воздействий существенно возросли в XX столетии, когда человек получил в свое распоряжение мощную технику, огромные запасы углеводородного сырья, химических и бактериологических веществ. В итоге история человечества породила очередной парадокс -- в течение многих столетий люди совершенствовали технику, чтобы обезопасить себя от естественных опасностей, а в результате пришли к наивысшим техногенным опасностям, связанным с производством и использованием техники и технологий.

Вторая половина XX в. связана с интенсификацией сельскохозяйственного производства. В целях повышения плодородия почв и борьбы с вредителями в течение многих лет использовались искусственные удобрения и различные токсиканты. При избыточном применении азотных удобрений почва перенасыщается нитратами, а при внесении фосфорных удобрений -- фтором, редкоземельными элементами, стронцием. При использовании нетрадиционных удобрений (отстойного ила и т. п.) почва перенасыщается соединениями тяжелых металлов. Избыточное количество удобрений приводит к перенасыщению продуктов питания токсичными веществами, нарушает способность почв к фильтрации, ведет к загрязнению водоемов, особенно в паводковый период.

Пестициды, применяемые для защиты растений от вредителей, опасны и для человека. Установлено, что от прямого отравления пестицидами в мире ежегодно погибает около 10 тыс. чел., гибнут леса, птицы, насекомые. Пестициды попадают в пищевые цепи, питьевую воду. Все без исключения пестициды обнаруживают либо мутагенное, либо иное отрицательное воздействие на человека и живую природу.

Техногенные аварии и катастрофы. До середины XX в. человек не обладал способностью инициировать крупномасштабные аварии и катастрофы и тем самым вызывать необратимые экологические изменения регионального и глобального масштаба, соизмеримые со стихийными бедствиями.

Появление ядерных объектов, высокая концентрация, прежде всего химических веществ и рост их производства сделали человека способным оказывать разрушительное воздействие на экосистемы. Примером тому служат трагедии в Чернобыле, Бхопале.

Огромное разрушительное воздействие на биосферу оказывается при испытании ядерного (в г. Семипалатинске, на о. Новая Земля) и других видов оружия.

Во многих странах оно продолжает нарастать и в настоящее время. В результате активной техногенной деятельности человека во многих регионах нашей планеты разрушена биосфера и создан новый тип среды обитания -- техносфера.

2. Определение «БЖД». Осн ф-и БЖД

Это наука об оптимальном взаимодействии чел-ка со средой обитания.

Ф-и:

- описание жизненного пространства его зонированием по значениям негативных факторов на основе экспертизы источников негативных воздействий, их взаимного расположения и режима действия, а также с учетом климатических, географических и других особенностей региона или зоны деятельности;

- формирование требований безопасности и экологичности к источникам негативных факторов;

- назначение предельно допустимых выбросов (ПДВ), сбросов (ПДС), энергетических воздействий (ПДЭВ), допустимого риска и др.;

- организация мониторинга состояния среды обитания и инспекционного контроля источников негативных воздействий;

- разработка и использование средств экобиозащиты;

- реализация мер по ликвидации последствий аварий и других ЧС;

- обучение населения основам БЖД и подготовка специалистов всех уровней и форм деятельности к реализации требований безопасности и экологичности.

3. Аксиомы науки о БЖД в техносфере

Всякая деятельность (бездеятельность) потенциально опасна.

Для каждого вида деятельности комфортные условия, существ-я способств-щие её max-й эффек-сти.

Все естественные процессы, антропогенная деят-ть и объекты деят-сти обладают склонностью к спонтанной потере устойчивости или к длительному негативному воз действию на чел-ка и среду его обитания, т.е. обладают остаточным риском.

Остаточный риск яв-ся первопричиной потенциальных негативных воздействий на чел-ка и биосферу.

Безоп-ть реальна, если негативные воздействия на чел-ка не превышают предельно допуст-х знач-й с учетом их комплексного воздействия.

Экологичность реальна, если негативные воздействия на биосферу не превышают пре дельно допус. знач-й с учетом их комплексного воздействия.

Допустимые значения техногенных негативных воздействий обеспечивается соблюдением требований экологичности и безопасности к техническим система, технологиям, а также применениям систем экобиозащиты.

Системы экобиозащиты на технических объектах и в технологических процессах обладают приоритетом ввода в эксплуатацию и средствами контроля режима работы.

Безопасная и экологичная эксплуатация технических средств и производств реализуется при соответствии квалификации и психофизических характеристик оператора требованиям разработчика технической системы и при соблюдении оператором норм и требований безопасности и экологичности.

4. Критерии комфортности и без-ти техносферы. Показатели негативности

Критерии комфортности и безопасности техносферы. Комфортное состояние жизненного пространства по показателям микроклимата и освещения достигается соблюдением нормативных требований. В качестве критериев комфортности устанавливают значения температуры воздуха в помещениях, его влажности и подвижности (например, ГОСТ 12.1.005--88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»). Условия комфортности достигаются также соблюдением нормативных требований к естественному и искусственному освещению помещений и территорий (например, СНиП 23--05--95 «Естественное и искусственное освещение»). При этом нормируются значения освещенности и ряд других показателей систем освещения.

Комфортное состояние производственной среды определяется оптимальными показателями микроклимата (ГОСТ 12.1.005--88, СанПиН 2.2.4.548--96) и соблюдением нормативных требований к освещению (СНиП 23-05--95).

Указом Президента РФ, обязана обеспечить надзор и контроль за соблюдением нормативных требований по охране труда и за реализацией в целом постановления Правительства РФ, используя предоставленные инспекции полномочия.

Комфортное состояние жизненного пространства по показателям микроклимата и освещения достигается соблюдением нормативных требований. В качестве критериев комфортности устанавливают значения температуры воздуха в помещениях, его влажности и подвижности (например, ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»). Условия комфортности достигаются также соблюдением нормативных требований к естественному и искусственному освещению помещений и территорий (например, СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение»). При этом нормируются значения освещенности и ряд других показателей систем освещения.

Критериями безопасности техносферы являются ограничения, вводимые на концентрации веществ, и потоки энергий в жизненном пространстве.

Конкретные значения ПДК и ПДУ устанавливаются нормативными актами Государственной системы санитарно-эпидемиологического нормирования Российской Федерации. Так, например, применительно к условиям загрязнения производственной и окружающей среды электромагнитными излучениями радиочастотного диапазона действуют Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96.

Для оценки загрязнения атмосферного воздуха в населенных пунктах регламентированы класс опасности и допустимые концентрации загрязняющих веществ.

Концентрация каждого вредного вещества в приземном слое не должна превышать максимально разовой предельно допустимой концентрации, т.е. С? ПДКmax, при экспозиции не более 20 мин. Если время воздействия вредного вещества превышает 20 мин, то С? ПДКсс.

Опираясь на значения ПДК и ПДУ и зная фоновые значения концентраций веществ (Сф) и потоков энергии (Iф) в конкретном жизненном пространстве, можно определить предельно допустимые выбросы (сбросы) примесей (энергии) для конкретных источников загрязнения среды обитания.

Таким образом, наличие достаточно жесткой связи между концентрациями примесей в жизненном пространстве и потоком примесей, выделяемых источником загрязнения, позволяет реально управлять ситуацией, связанной с загрязнением жизненного пространства, за счет изменения количества выбрасываемых веществ (энергии).

Предельно допустимые выбросы (сбросы) и предельно допустимые излучения энергии источниками загрязнения среды обитания являются критериями экологичности источника воздействия на среду обитания. Соблюдение этих критериев гарантирует реализацию условий [0.1] - [0.2| и безопасность жизненного пространства.

В тех случаях, когда потоки масс и/или энергий от источника негативного воздействия в среду обитания могут нарастать стремительно и достигать чрезмерно высоких значений (например, при авариях), в качестве критерия безопасности принимают допустимую вероятность (риск) возникновения подобного события.

Риск - вероятность реализации негативного воздействия в зоне пребывания человека.

Вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций применительно к техническим объектам и технологиям оценивают на основе статистических данных или теоретических исследований.

В настоящее время сложились представления о величинах приемлемого (допустимого) и неприемлемого риска. Неприемлемый риск имеет вероятность реализации негативного воздействия более 10-3, приемлемый - менее 10-6. При значениях риска от 10-3 до 10-6 принято различать переходную область значений риска.

Следует заметить, что, несмотря на то, что потоки масс и энергий при авариях технических систем формируются, как правило, спонтанно, на их величину и вероятность возникновения можно оказывать влияние ограничением запасов масс веществ и энергий в одном объекте, контролем за состоянием объекта, введением защитных зон, использованием предохранительных средств и др.

Показатели негативности техносферы. В тех случаях, когда состояние среды обитания не удовлетворяет критериям безопасности (0.1)- [0.3] и комфортности, неизбежно возникают негативные последствия. Для интегральной оценки влияния опасностей на человека и среду обитания используют ряд показателей негативности. К ним относят:

- численность пострадавших Ттр от воздействия травмирующих факторов.

Для оценки травматизма в производственных условиях, кроме абсолютных показателей, используют относительные показатели частоты и тяжести травматизма.

Для оценки уровня нетрудоспособности вводят показатель нетрудоспособности Кн = Д 1000 /С; нетрудно видеть, что Кн = Кч Кт;

- численность пострадавших Тз, получивших профессиональные или региональные заболевания;

- показатель сокращения продолжительности жизни (СПЖ) при воздействии вредного фактора или их совокупности. К показателям СПЖ относятся абсолютные значения СПЖ в сутках и относительные показатели СПЖ, определяемые по формуле СПЖ=(П-СПЖ/365)/П, где П -средняя продолжительность жизни, лет;

- региональная младенческая смертность определяется числом смертей детей в возрасте до 1 года из 1000 новорожденных;

- материальный ущерб.

5. Ткани организма

Ткань -- совокупность клеток и межклеточного вещества, объединенных общим происхождением, строением и выполняемыми функциями. Строение тканей живых организмов изучает гистология. Совокупность различных и взаимодействующих тканей образуют органы.

В организмах животных и человека выделяют следующие виды тканей:

эпителиальная Эпителиальные (пограничные) ткани характеризуются сомкнутым расположением клеток, образующих пласты, практическим отсутствием межклеточного вещества, пограничным положением в организме (обычно на границе с внешней средой), полярностью. Их основные функции - барьерная, защитная, секреторная.

соединительная Соединительные (ткани внутренней среды) - обширная группа, объединяющая ряд подгрупп тканей, общим признаком которых служит резкое преобладание межклеточного вещества по объему над клетками. Эти компоненты в различных тканях этой группы существенно различаются по строению, физико-химическим свойствам, количественному соотношению и пространственной организации. Важнейшие функции соединительных тканей - гомеостатическая, опорная, трофическая, защитная.

нервная Нервная (нейральная) ткань характеризуется способностью к возбудимости и проведению нервного импульса. Она образована (а) собственно нервными клетками (нейронами) отростчатой формы, с вязанными друг с другом в цепи и сложные системы посредством специализированных соединений (синапсов), и (б) клетками, осуществляющими вспомогательные функции - нейроглией. Основная функция нервной ткани - интеграция отдельных частей организма и регуляция его функций.

мышечная Мышечные ткани обладают сократительной способностью, благодаря которой они выполняют свою основную функцию - перемещение организма или его частей в пространстве. Морфологически мышечные ткани представлены удлиненными сократимыми элементами (клетками или волокнами), которые обычно располагаются параллельно друг другу и объединены в слои. Группа включает несколько видов тканей, различающихся морфологическими и функциональными признаками.

В организмах растений выделяют следующие виды тканей:

образовательная (меристема)

покровная

механическая

адсорбционная

ассимиляционная

проводящая

секреторная

аэренхима

Критерии объединения тканей в каждую из четырех указанных выше групп не полностью идентичны: при выделении эпителиальных и соединительных тканей за основу принимались преимущественно морфологические признаки, при определении специфики мышечных и нервной тканей исходили, главным образом, из функциональных критериев.

Каждая группа (кроме последней) включает ряд тканей, различающихся источниками своего эмбрионального развития. Гистогенетическая классификация тканей (наиболее известные ее варианты разработаны Н.Г. Хлопиным и В.П. Михайловым) основывается на происхождении тканей в процессах онто- и филогенеза. Она вскрывает глубинные гистогенетические связи между морфологически и функционально различными тканями, происходящими из одного эмбрионального зачатка. Эти связи и общие признаки, не всегда заметные в физиологических условиях жизнедеятельности тканей, могут ярко проявляться в процессах их регенерации, реактивных изменений или злокачественного роста.

Универсальная классификация, охватывающая все тканевые типы, нуждается в уточнении и находит использование преимущественно у специалистов. Более широкое распространение получили гистогенетические классификации отдельных групп тканей (в частности, эпителия, мышечных тканей).

Поскольку морфофункциональная и гистогенетическая классификации тканей дополняют друг друга, наиболее полная оценка свойств тканей должна учитывать как их морфофункциональные, так и гистогенетические характеристики.

6. Система органов опоры и движения

Система опоры и движения представлена пассивной частью, костной системой, куда входят кости, связки, суставы и хрящи, и активной частью, мышечной системой, образованной скелетными мышцами.

Костная система

Костная система состоит из более 200 парных и непарных костей, которые соединяясь между собой, образуют скелет. От его развития и строения зависят форма тела, функции внутренних органов и систем.

Функциями костной системы являются защита внутренних органов, опора и движение, кроветворение (красный костный мозг) и участие в минеральном обмене веществ (скелет) (Двигательный отдел головного мозга)

Кость представляет собой сложный орган из плотной, твёрдой соединительной ткани, содержащей обызвествленные элементы. Около 30% кости образовано органическими веществами, среди них оссеин и коллаген. Они придают кости упругость и гибкость. Неорганические соединения (соли кальция, фосфора, магния и др.) составляют около 70% вещества кости и придают ей твёрдость. Соотношение органических и неорганических веществ обеспечивают костям высокую прочность. Однако с возрастом это соотношение меняется, количество органических веществ уменьшается, а неорганических возрастает, что способствует повышению хрупкости костей и более частым переломам.

Снаружи кость покрыта слоем плотной соединительной ткани - надкостницей, содержащей сосуды и нервы. Внутренний слой надкостницы, кроме большого количества сосудов, содержит клетки, за счёт которых кость растёт в толщину. Отслойка надкостницы приводит к нарушению питания кости и её омертвлению.

В скелете человека различают трубчатые, губчатые, плоские, смешанные и воздухоносные кости.

В трубчатых костях выделяют среднюю часть - тело кости и суставные расширенные концы - головки кости. Тело трубчатых костей заполняется жёлтым костным мозгом, а головки красным. Губчатые кости состоят из губчатого, вещества покрытого тонким слоем компактного вещества (рёбра, грудина, позвонки и др.). Плоские кости ограничивают полости (кости таза, свода черепа, лопатки). Смешанные кости обрауются в результате слияния из нескольких частей и имеют сложную форму (кости основания черепа, позвонки). Воздухоносные кости имеют полости (верхняя челюсть, лобная, клиновидная и решётчатая).

Кости могут расти как в длину, так и в толщину (рост костей в норме заканчивается к 22-25 годам). Рост костей регулируется гормоном гипофиза - гормоном роста. В длину кости растут за счёт деления клеток хрящевой ткани, образующей прослойки на концах тела длинных костей (имеется хрящевая ткань). В толщину рост идёт за счёт деления клеток надкостницы.

В скелете кости имеют множество соединений. Различают следующие типы соединения костей: неподвижное - сращение костей либо образование швов (кости черепа, таза), полуподвижное - соединение костей с помощью хрящей (позвонки в позвоночнике), подвижное соединение костей - сустав (между костями имеется полость).

Сустав состоит из суставной сумки, внутрикапсульной связки, хрящевого мениска, суставной жидкости и суставных хрящей.

Суставная сумка (капсула) состоит из соединительной ткани с множеством коллагеновых волокон. Капсула прикреплена к надкостнице на концах костей сустава. Её эластичность позволяет костям двигаться в суставе Хрящевой мениск - это прокладка из волокнистой хрящевой ткани, которая находится между суставными поверхностями костей. Он позволяет костям с различной формой суставной поверхности плотно прилегать друг к другу. Мениск также поддерживает прочность сустава и направляет синовиальную жидкость в область наибольшего трения. Суставная жидкость образована тканевой жидкостью, по внешнему виду и по консистенции напоминающая яичный белок, вязкость её может меняться. Суставные хрящи способствуют уменьшению трения в суставе, а также служат хорошими амортизаторами при ударе. (Виды подвижных суставов: блоковидный, винтовой, седельный, шаровой суставы)

В скелете человека различают следующие отделы: скелет головы, скелет туловища, скелет верхних конечностей и скелет нижних конечностей.

Скелет головы состоит из мозгового отдела черепа, имеет парные (теменные и височные) и непарные кости черепа (лобная, затылочная решетчатая и клиновидная). Все они неподвижно соединены между собой. В затылочной кости имеется большое затылочное отверстие. Лицевой отдел черепа состоит из 6 парных и 3 непарных костей. Единственная подвижная кость - нижнечелюстная. Верхняя и нижняя челюсти содержат по 16 ячеек, в которых помещаются корни зубов.

Скелет туловища включает в себя позвоночник и грудную клетку. Позвоночник состоит из 33-34 позвонков, между которыми находятся хрящевые межпозвоночные диски. Позвонки образуют отделы: шейный (7 позвонков), грудной (12 позвонков), поясничный (5 позвонков), крестцовый (5 сросшихся позвонков) и копчиковый (4-5 позвонков). Грудная клетка образована 12 грудными позвонками, 12 парами ребёр и грудной костью. Рёбра с позвонками соединены неподвижно, а рёбра с грудиной полуподвижно. (Виды позвонков: аксис, атлант, грудной позвонок, крестец и копчик, поясничный позвонок)

Повреждения скелета

Растяжение - это повреждение связок, соединяющих суставы, сопровождающиеся отёчностью, кровоизлиянием и сильной болью. При оказании первой помощи необходим покой или тугое бинтование сустава, холод на место повреждения. Пострадавшего необходимо доставит в лечебное учреждение.

Вывих - это стойкое смещение суставных поверхностей сочленяющихся костей по отношению друг к другу. Это сопровождается сильной болью, иногда разрывом связок, движение в суставе затруднены или невозможны.

Перелом - это повреждение кости с нарушением её целостности. Возникает резкая боль, конечность может изменить своё положение, форму, иногда длину. Появляется сильная отёчность и кровоподтёк. При оказании первой помощи необходимо обеспечить неподвижность месту повреждения, дать обезболивающее и доставить пострадавшего в лечебное учреждение.

К нарушениям скелета в первую очередь относятся искривление позвоночника и плоскостопие. Искривления бывают следующих видов: сколиоз - искривление позвоночника в боковую сторону; лордоз - искривление позвоночника вперед; кифоз - искривление позвоночника назад. Любое нефизиологическое искривление позвоночника приводит к нарушению работы внутренних органов и как следствие - разнообразным заболеваниям. Чаще всего у людей встречаются сколиозы грудного отдела позвоночника. Основными причинами сколиоза являются неправильная посадка в течении длительного времени (способствует быстрому утомлению мышц и изменениям в системе опоры и движения) и ношение тяжестей в одной руке. Плоскостопие - это деформация стопы, характеризующаяся снижением сводов. Различают продольное и поперечное плоскостопие, а также врождённое и приобретённое. Последнее чаще всего связано с перегрузками мышц, поддерживающих свод, длительном пребывании на ногах и ношением неудобной обуви. Человек с плоскостопием при ходьбе быстро утомляется, жалуется на боли в ногах.

Мышечная система. В состав мышечной системы входят около 400 скелетных мышц, у взрослого человека они составляют около 40% массы тела.

Мышцы - это органы тела, состоящие из мышечной ткани, способные сокращаться под влиянием нервных импульсов. Виды мышц. Внутри мышцы.

Для мышечной системы характерны следующие функции: двигательная (передвижение тела и его частей в пространстве), защитная (органы брюшной полости находятся под защитой брюшного пресса), формообразующая (в некоторой степени определяет форму тела и его размеры), энергетическая (превращение химической энергии в механическую и тепловую).

Скелетная мышца имеет сложное строение. Она образована пучками мышечных волокон, которые в свою очередь состоят из ядра мышечного волокна, сократительных нитей, покровной мембраны и кровеносных сосудов. Снаружи мышца покрыта соединительно-тканной оболочкой - фасцией. Различают поверхностные и глубокие фасции. Поверхностная фасция находится под подкожно - жировой клетчаткой, образуя как бы футляр для всего тела. Глубокие фасции окутывают отдельные мышцы и группы мышц, органов. К костям мышцы прикрепляются с помощью сухожилий. Сухожилия состоят из плотной волокнистой ткани и обладают высокой прочностью.

По форме мышцы делятся на 3 основных вида: длинные, короткие и широкие. По отношению к суставам мышцы бывают одно-, двух- и многосуставные, по глубине расположения - поверхностные и глубокие. Глубокие мышцы: брюшной полости, мышцы головы. Неглубокие мышцы брюшной полости, плеча и груди.

В физиологии мышцы классифицируют по функциям и различают следующие группы: мышцы-сгибатели, и мышцы -разгибатели; мышцы-синергисты (разные мышцы участвующие в одном движении) и мышцы-антогонисты (участвующие в противоположных движениях): приводящие и отводящие.

Работа мышц. Управление движением. Утомление. Мышце (мышечной ткани) присущи три физиологических свойства: возбудимость (способность на раздражение отвечать возбуждением), проводимость (способность проводить возбуждение) и сократимость (способность сокращаться). При сокращении мышца укорачивается или в неё развивается напряжение. Если мышца при своём сокращении может укорачиваться и поднимать груз, то такое сокращение называется изотоническим; если же длина мышцы остаётся неизменной, то такое сокращение называют изометрическим. Как работает двигательный рефлекс

Различают статическую и динамическую работу мышц. Для первой характерна активная фиксация органов относительно друг друга и придание определённого положения телу, при этом мышца развивает напряжение без изменения длины. Для второй характерно смещение одних органов относительно других и перемещение тела в пространстве, при этом мышца изменяет длину и толщину.

Работа мышц связана с расходованием энергии. Энергию для мышечных сокращений предоставляет молекула АТФ. Для синтеза АТФ используется энергия, освобождаемая в основном при окислении глюкозы.

Длительное мышечное напряжение приводит к развитию утомления. Под утомлением понимают временное снижение работоспособности мышц, возникающее по мере их работы. Причины утомления связаны с накоплением продуктов распада органических веществ в местах контактов: нейрон-нейрон, нейрон-мышца. Причины утомления изучал И.М. Сеченов, который установил, что при ритмической работе утомление наступает позже, так как в промежутках между сокращениями мышца отдыхает, интенсивная работа мышц с боьшой нагрузкой приводит к быстрой утомляемости, наиболее оптимальными для мышц являются средние нагрузки и ритм, а лучший способ восстановить работоспособность активный отдых (отдых, связанный с активной деятельностью других мышц).

7. Кровь и ее функции

Кровь является разновидностью соединительной ткани, имеющей жидкое межклеточное вещество, в котором находятся клеточные элементы -- эритроциты и другие клетки. Функция крови состоит в переносе кислорода и питательных веществ к органам и тканям и выведении из них продуктов обмена веществ.

Функции крови

1. Транспортная функция. Циркулируя по сосудам, кровь транспортирует множество соединений - среди них газы, питательные вещества и др.

2. Дыхательная функция. Эта функция заключается в связывании и переносе кислорода и углекислого газа.

3. Трофическая (питательная) функция. Кровь обеспечивает все клетки организма питательными веществами: глюкозой, аминокислотами, жирами, витаминами, минеральными веществами, водой.

4. Экскреторная функция. Кровь уносит из тканей конечные продукты метаболизма: мочевину, мочевую кислоту и другие вещества, удаляемые из организма органами выделение.

5. Терморегуляторная функция. Кровь охлаждает внутренние органы и переносит тепло к органам теплоотдачи.

6. Поддержание постоянства внутренней среды. Кровь поддерживает стабильность ряда констант организма.

7. Обеспечение водно-солевого обмена. Кровь обеспечивает водно-солевой обмен между кровью и тканями. В артериальной части капилляров жидкость и соли поступают в ткани, а в венозной части капилляра возвращаются в кровь.

8. Защитная функция. Кровь выполняет защитную функцию, являясь важнейшим фактором иммунитета, или защиты организма от живых тел и генетически чуждых веществ.

9. Гуморальная регуляция. Благодаря своей транспортной функции кровь обеспечивает химическое взаимодействие между всеми частями организма, т.е. гуморальную регуляцию. Кровь переносит гормоны и другие физиологически активные вещества.

Состав и количество крови

Кровь состоит из жидкой части - плазмы и взвешенных в ней клеток (форменных элементов): эритроцитов (красных кровяных телец), лейкоцитов (белых кровяных телец) и тромбоцитов (кровяных пластинок).

Между плазмой и форменными элементами крови существуют определенные объемные соотношения. Установлено, что на долю форменных элементов приходится 40-45%, крови, а на долю плазмы - 55-60%.

Общее количество крови в организме взрослого человека в норме составляет 6-8 % массы тела, т.е. примерно 4,5-6 л.

Объем циркулирующей крови относительно постоянен, несмотря на непрерывное всасывание воды из желудка и кишечника. Это объясняется строгим балансом между поступлением и выделением воды из организма.

Вязкость крови

Если вязкость воды принять за единицу, то вязкость плазмы крови равна 1,7-2,2, а вязкость цельной крови - около 5. Вязкость крови обусловлена наличием белков и особенно эритроцитов, которые при своем движении преодолевают силы внешнего и внутреннего трения. Вязкость увеличивается при сгущении крови, т.е. потере воды (например, при поносах или обильном потении), а также при возрастании количества эритроцитов в крови.

Кровь состоит из основных составляющих: плазмы (жидкого межклеточного вещества) и находящихся в ней клеток.

Плазма крови представляет собой жидкость, остающуюся после удаления из нее форменных элементов.

Плазма крови по объему составляет 55-60% (форменные элементы - 40-45%). Это желтоватая полупрозрачная жидкость. В ее состав входят вода (90-92%), минеральные и органические вещества (8-10%). Из минеральных веществ около 1% приходится на долю катионов натрия, калия, кальция, магния, железа и анионов хлора, серы, йода, фосфора. Больше всего в плазме ионов натрия и хлора, поэтому при больших кровопотерях для поддержания работы сердца в вены вводят изотонический раствор, содержащий 0,85% хлористого натрия. Среди органических веществ на долю белков (глобулин, альбумин, фибриноген) приходится около 7-8%, на долю глюкозы - 0,1%; жиры, мочевая кислота, липоиды, аминокислоты, молочная кислота и другие вещества составляют около 2%.

Белки плазмы регулируют распределение воды между кровью и тканевой жидкостью, придают вязкость крови, играют роль в водном обмене. Некоторые из них ведут себя как антитела, обезвреживающие ядовитые выделения болезнетворных микроорганизмов.

Белок фибриноген играет важную роль в свертывании крови. Плазма, лишенная фибриногена, называется сывороткой.

К форменным элементам (клеткам) крови относятся эритроциты, лейкоциты, кровяные пластинки (тромбоциты).

Эритроциты (красные кровяные тельца) -- безъядерные клетки, способные к делению. Количество эритроцитов в 1 мкл у взрослых мужчин составляет от 3,9 до 5,5 млн. При некоторых заболеваниях, беременности, а также при сильных кровопотерях количество эритроцитов уменьшается. При этом в крови снижается содержание гемоглобина. Такое состояние называют анемией (малокровием). У здорового человека продолжительность жизни эритроцитов 20 дней. Затем эритроциты погибают и разрушаются, а вместо погибших эритроцитов появляются новые, молодые, которые образуются в красном костном мозге.

Каждый эритроцит имеет форму вогнутого с обеих сторон диска диаметром 7--8 мкм. Толщина эритроцита в его центре равна 1--2 мкм. Снаружи эритроцит покрыт оболочкой -- плазмалеммой, через которую избирательно проникают газы, вода и другие элементы. В цитоплазме эритроцитов отсутствуют органеллы, 34 % объема цитоплазмы эритроцита составляет пигмент гемоглобин, функцией которого является перенос кислорода (О2) и углекислоты (СО2).

Гемоглобин состоит из белка глобина и небелковой группы гема, содержащего железо. В одном эритроците находится до 400 млн молекул гемоглобина. Гемоглобин переносит кислород из легких к органам и тканям. Гемоглобин с присоединившимся к нему кислородом (О2) имеет ярко-красный цвет и называется оксигемоглобином. Молекулы кислорода присоединяются к гемоглобину благодаря высокому парциальному давлению его в легких. При низком давлении кислорода в тканях кислород отсоединяется от гемоглобина и уходит из кровеносных капилляров в окружающие их клетки, ткани. Отдав кислород, кровь насыщается углекислым газом, давление которого в тканях выше, чем в крови. Гемоглобин в соединении с углекислым газом (СО2) называется карбогемоглобином. В легких углекислый газ покидает кровь, гемоглобин которой вновь насыщается кислородом.

Гемоглобин легко вступает в соединение с угарным газом (СО), образуя при этом карбоксигемоглобин. Присоединение угарного газа к гемоглобину происходит в 300 раз легче, быстрее, чем присоединение кислорода. Поэтому содержание в воздухе даже небольшого количества угарного газа вполне достаточно, чтобы он присоединился к гемоглобину крови и блокировал поступление в кровь кислорода. В результате недостатка кислорода в организме наступает кислородное голодание (отравление угарным газом) и связанные с этим головная боль, рвота, головокружение, потеря сознания и даже гибель человека.

Лейкоциты («белые» клетки крови) так же, как и эритроциты, образуются в костном мозге из его стволовых клеток. Лейкоциты имеют размер от 6 до 25 мкм, они отличаются разнообразием форм, подвижностью, функциями. Лейкоциты благодаря их способности выходить из кровеносных сосудов в ткани и возвращаться обратно участвуют в защитных реакциях организма. Лейкоциты способны захватывать и поглощать чужеродные частицы, продукты распада клеток, микроорганизмы, переваривать их. У здорового человека в 1 мкл крови насчитывают от 3500 до 9000 лейкоцитов. Количество лейкоцитов колеблется в течение суток, их число увеличивается после еды, во время физической работы, при сильных эмоциях. В утренние часы число лейкоцитов в крови уменьшено.

Содержание и активность лейкоцитов определяют возможности клеточного иммунитета.

Свертываемость крови. Пока кровь течет по неповрежденным кровеносным сосудам, она остается жидкой. Но стоит поранить сосуд, как довольно быстро образуется сгусток. Кровяной сгусток (тромб), словно пробка, закупоривает ранку, кровотечение останавливается, и ранка постепенно заживает. Если бы кровь не свертывалась, человек мог бы погибнуть от самой маленькой царапины.

Кровь человека, выпущенная из кровеносного сосуда, свертывается в течение 3-4 минут. Свертывание крови является важной защитной реакцией организма, препятствующей кровопотере и таким образом сохраняющей постоянство объема циркулирующей крови. В основе свертывания крови лежит изменение физико-химического состояния растворенного в плазме крови белка фибриногена. Фибриноген в процессе свертывания крови превращается в нерастворимый фибрин. Фибрин выпадает в виде тонких нитей. Нити фибрина образуют густую мелкоячеистую сеть, в которой задерживаются форменные элементы. Образуется сгусток, или тромб.

Постепенно происходит уплотнение кровяного сгустка. Уплотняясь, он стягивает края раны и этим способствует ее заживлению. При уплотнении сгустка из него выдавливается прозрачная желтоватая жидкость - сыворотка. В уплотнении сгустка важная роль принадлежит тромбоцитам, в которых содержится вещество, способствующее сжатию сгустка.

Этот процесс напоминает створаживание молока, где свертывающимся белком является казеин; при образовании творога, как известно, тоже отделяется сыворотка. По мере заживления раны сгусток фибрина растворяется и рассасывается. В 1861 г. профессор Юрьевского (ныне Тартуского) университета А.А. Шмидт установил, что процесс свертывания крови является ферментативным. Превращение растворенного в плазме крови белка фибриногена в нерастворимый белок фибрин совершается под влиянием фермента тромбина. В крови постоянно содержится неактивная форма тромбина - протромбина, которые образуется в печени. Протромбин превращается в активный тромбин под влиянием тромбопластина в присутствии солей кальция. Соли кальция есть в плазме крови, а тромбопластина в циркулирующей крови нет. Он образуется при разрушении тромбоцитов или при повреждении других клеток тела. Образование тромбопластина также сложный процесс. Кроме тромбоцитов, в образовании тромбопластина принимают участие еще некоторые белки плазмы крови.

Отсутствие в крови некоторых белков резко сказывается на процессе свертывания крови. Если в плазме крови отсутствует один из глобулинов (крупномолекулярных белков), то наступает заболевание гемофилия, или кровоточивость. У людей, страдающих гемофилией, резко понижена свертываемость крови. Даже небольшое ранение может вызвать у них опасное кровотечение. За последние 30 лет наука о свертывании крови обогатилась многими новыми данными.

Был открыт ряд факторов, участвующих в свертывании крови. Процесс свертывания крови регулируется нервной системой и гормонами желез внутренней секреции. Он может, как и всякий ферментативный процесс, ускоряться и замедляться. Если при кровотечениях большое значение имеет способность крови свертываться, то не менее важно, чтобы она, циркулируя в кровяном русле, оставалась жидкой. Патологические состояния, ведущие у внутрисосудистому свертыванию крови и образованию там тромбов, не менее опасны для больного, чем кровоточивость. Общеизвестны такие заболевания, как тромбоз венечных сосудов сердца (инфаркт миокарда), тромбозы мозговых сосудов, легочной артерии и т.д. В организме образуются вещества, препятствующие свертыванию крови. Такими свойствами обладает гепарин, находящийся в клетках легких и печени.

В сыворотке крови обнаружен белок фибринолизин - фермент, растворяющий образовавшийся фибрин. В крови, таким образом, одновременно имеются две системы: свертывающая и противосвертывающая. При определенном равновесии этих систем кровь внутри сосудов не свертывается. При ранениях и некоторых заболеваниях равновесие нарушается, что и приводит к свертыванию крови. Тормозят свертывание крови соли лимонной и щавелевой кислот, осаждая необходимые для свертывания соли кальция. В шейных железах медицинских пиявок образуется гирудин, обладающий мощным противосвертывающим действием. Противосвертывающие вещества широко применяют в медицине.

В среднем начало свертывания наступает через 1-2 мин, конец свертывания - через 3-4 мин.

Группы крови

Во всем мире кровь широко применяется с лечебной целью. Однако несоблюдение правил переливания может стоить человеку жизни. При переливании необходимо предварительно определить группу крови, произвести пробу на совместимость. Главное правило переливания - эритроциты донора не должны аглютинироваться плазмой реципиента.

В эритроцитах людей находятся особые вещества, называемые агглютиногенами. В плазме крови находятся агглютинины. При встрече одноименного агглютиногена с одноименным агглютинином происходит реакция агглютинации эритроцитов с последующим их разрушением (гемолизом), выходом гемоглобина из эритроцитов в плазму крови. Кровь становится токсичной и не может выполнять своей дыхательной функции. На основании наличия в крови тех или других агглютиногенов и агглютининов кровь людей делится на группы. Эритроцит любого человека имеет свой собственный набор агглютиногенов, поэтому агглютиногенов столько, сколько людей на земле. Однако далеко не все они учитываются при делении крови на группы. При делении крови на группы прежде всего играет роль распространенность данного агглютиногена у людей, а также наличие в плазме крови агглютининов к данным агглютиногенам. Наиболее распространенными и важными являются два агглютиногена А и В, так как они наиболее распространены среди людей и только к ним плазме крови существуют врожденные агглютинины a и b. По сочетанию этих факторов кровь всех людей делится на четыре группы. Это I группа - a b, II группа - A b, III группа - B a и IV группа - АВ. Любой агглютиноген, попадая в кровь человека, у которого эритроциты не содержат этого фактора, способен вызвать образование и появление в плазме приобретенных агглютининов, включая и такие агглютиногены, как А и В, имеющие врожденные агглютинины. Поэтому различают врожденные и приобретенные агглютинины. В связи с этим появилось понятие опасный универсальный донор. Это лица, имеющие I группу крови, у которых концентрация агглютининов возросла до опасных величин за счет появления приобретенных агглютининов.

Помимо агглютиногенов А и В существует еще около 30 широко распространенных агглютиногенов, среди которых особенно важным является резус-фактор Rh, который содержится в эритроцитах примерно 85% людей и у 15% он отсутствует. По этому признаку различают резус-положительных людей Rh+ (имеющих резус-фактор) и резус-отрицательных людей Rh- (у которых резус фактор отсутствует).

Если этот фактор попадает в организм людей, у которых он отсутствует, то в их крови появляются приобретенные агглютинины к резус-фактору. При повторном попадании резус-фактора в кровь резус отрицательных людей, если концентрация приобретенных агглютининов достаточно высока, происходит реакция агглютинации с последующим гемолизом эритроцитов. Резус-фактор учитывают при переливании крови у резус-отрицательных мужчин и женщин. Им нельзя переливать резус-положительную кровь, т.е. кровь, эритроциты которой содержат этот фактор.

Резус-фактор учитывают и при беременности. У резус-отрицательной матери ребенок может унаследовать резус-фактор отца, если отец резус положительный. В период беременности резус-положительный ребенок будет вызывать появление соответствующих агглютининов в крови матери. Их появление и концентрацию можно определить лабораторными анализами еще до рождения ребенка. Однако, как правило, выработка агглютининов к резус-фактору при первой беременности протекает достаточно медленно и к концу беременности их концентрация в крови редко достигает опасных величин, способных вызвать агглютинацию эритроцитов ребенка. Поэтому первая беременность может закончиться благополучно. Но раз появившись, агглютинины могут долго сохраняться в плазме крови, что делает намного опасней новую встречу резус-отрицательного человека с резус-фактором.

Кроветворение

Кроветворение - процесс образования и развития форменных элементов крови. Различают эритропоэз - образование эритроцитов, лейкопоэз - образование лейкоцитов и тромбоцитопоэз - образование кровяных пластинок.

Главным органом кроветворения, в котором развиваются зритроциты, гранулоциты и тромбоциты, является костный мозг. Лимфоциты образуются в лимфатических узлах и селезенке.

Эритропоэз

В сутки у человека образуется примерно 200-250 млрд. эритроцитов. Родоначальниками безъядерных эритроцитов являются обладающие ядром эритробласты красного костного мозга. В их протоплазме, точнее в гранулах, состоящих из рибосом, синтезируется гемоглобин. При синтезе гема, видимо, используется железо, входящее в состав двух белков - ферритина и сидерофилина. Поступающие в кровь из костного мозга эритроциты содержат базофильное вещество и называются ретикулоцитами. По величине они больше зрелых эритроцитов, их содержание в крови здорового человека не превышает 1%. Созревание ретикулоцитов, т. е. превращение их в зрелые эритроциты - нормоциты, совершается в течение нескольких часов; при этом базофильное вещество в них исчезает. Количество ретикулоцитов в крови служит показателем интенсивности образования эритроцитов в костном мозге. Срок жизни эритроцитов в среднем равен 120 дням.

Для образования эритроцитов необходимо поступление в организм стимулирующих этот процесс витаминов - В12 и фолиевой кислоты. Первое из этих веществ примерно в 1000 раз активнее второго. Витамин В12 представляет собой внешний фактор кроветворения, поступающий в организм вместе с пищей из внешней среды. Он всасывается в пищеварительном тракте лишь в том случае, если железы желудка выделяют мукопротеид (внутренний фактор кроветворения), который по некоторым данным катализирует ферментативный процесс, непосредственно связанный с усвоением витамина В12. При отсутствии внутреннего фактора нарушается поступление витамина В12, что приводит к нарушению образования эритроцитов в костном мозге.

Разрушение отживших эритроцитов происходит непрерывно путем их гемолиза в клетках ретикуло-эндотелиальмой системы, в первую очередь в печени и селезенке.

Лейкопоэз и тромбоцитопоэз

Образование и разрушение лейкоцитов и тромбоцитов так же, как и эритроцитов, происходит непрерывно, причем срок жизни различных видов лейкоцитов, циркулирующих в крови, составляет от нескольких часов до 2-3 суток.

Условия, необходимые для лейкопоэза и тромбоцитопоэза, изучены гораздо хуже, чем для эритропоэза.

Регуляция кроветворения

Количество образующихся эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов соответствует количеству разрушающихся клеток, так что общее их число остается постоянным. Органы системы крови (костный мозг, селезенка, печень, лимфатические узлы) содержат большое количество рецепторов, раздражение которых вызывает различные физиологические реакции. Таким образом, имеется двусторонняя связь этих органов с нервной системой: они получают сигналы из центральной нервной системы (которые регулируют их состояние) и в свою очередь являются источником рефлексов, изменяющих состояние их самих и организма в целом.

Регуляция эритропоэза

При кислородном голодании, вызванном любыми причинами, число эритроцитов в крови возрастает. При кислородном голодании, вызванном потерей крови, значительным разрушением эритроцитов в результате отравления некоторыми ядами, вдыханием газовых смесей с низким содержанием кислорода, продолжительным пребыванием на больших высотах и т. п., в организме возникают стимулирующие кроветворение вещества - эритропоэтины, представляющие собой гликопротеиды небольшой молекулярной массы.

Регуляция выработки эритропоэтинов, а значит, и количества эритроцитов в крови осуществляется с помощью механизмов обратной связи. Гипоксия стимулирует выработку зритропоэтинов в почках (возможно, и в других тканях). Они, воздействуя на костный мозг, стимулируют эритропоэз. Увеличение числа эритроцитов улучшает транспортировку кислорода и тем самым уменьшает состояние гипоксии, что, в свою очередь, тормозит выработку эритропоэтинов.

В стимуляции зритропоэза определенную роль играет нервная система. При раздражении нервов, идущих к костному мозгу, увеличивается содержание эритроцитов в крови.

Регуляция лейкопоэза

Продукция лейкоцитов стимулируется лейкопоэтинами, появляющимися после быстрого удаления из крови большого количества лейкоцитов. Химическая природа и место образования в организме лейкопоэтинов еще не изучены.

На лейкопоэз оказывают стимулирующее влияние нуклеиновые кислоты, продукты распада тканей, возникающие при их повреждении и воспалении, и некоторые гормоны. Так, под действием гормонов гипофиза - адренокортикотропного гормона и гормона роста - повышается количество нейтрофилов и уменьшается число эозинофилов в крови.

В стимуляции лейкопоэза большую роль играет нервная система. Раздражение симпатических нервов вызывает увеличение нейтрофильных лейкоцитов в крови. Длительное раздражение блуждающего нерва вызывает перераспределение лейкоцитов в крови: их содержание нарастает в крови мезентериальных сосудов и убывает в крови периферических сосудов; раздражение и эмоциональное возбуждение увеличивают количество лейкоцитов в крови. После еды увеличивается содержание лейкоцитов в крови, циркулирующей в сосудах. В этих условиях, а также при мышечной работе и болевых раздражениях в кровь поступают лейкоциты, находящиеся в селезенке и синусах костного мозга.

Регуляция тромбоцитопоэза

Установлено также, что продукция тромбоцитов стимулируется тромбоцитопоэтинами. Они появляются в крови после кровотечения. В результате их действия через несколько часов после значительной острой кровопотери число кровяных пластинок может увеличиться вдвое. Тромбоцитопоэтины обнаружены в плазме крови здоровых людей и при отсутствии кровопотери. Химическая природа и место образования в организме тромбоцитопоэтинов еще не изучены.