Лемешевский В.О.,Безрученок Н.Н.,Каленчук Т.В

Министерство образования Республики Беларусь УО «Полесский государственный университет»

ÏолесÃÓВ.О. ЛЕМЕШЕВСКИЙ, Н.Н. БЕЗРУЧЕНОК,

Т.В. КАЛЕНЧУК

ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ: ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА, СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА

Уч бно-методическое пособие

Пинск

ПолесГУ

2014

1

УДК 612.013.5(075.8) ББК 28.707.3+28.673я73 Л44

Р е ц е н з е н т ы:

кандидат биологических наук О.Н. Жук; кандидат биологических наук Е.О. Юрченко

У т в е р ж д е н о

научно-методическим советом ПолесГУ

Л44 Физиология человека и животных: внутренняя среда организма, сердечно-сосудистая система : учеб.-метод. пособие / В.О. Лемешевский, Н.Н. Безрученок, Т.В. Каленчук. – Пинск : ПолесГУ, 2014. – 135 .

ISBN 978-985-516-354-2

В данной работе содержится описани классических и современных методов исследования функционирования системы крови и сер- дечно-сосудистой системы.

В пос бии имеются разн образные рисунки, схемы и таблицы; приводятся рек мендации п оформлению полученных результатов, мотивирующие бучающихся на более полное и глубокое осмысление изученных физи л гических явлений, процессов и механизмов.

Предлагаются к нтр льные задания и вопросы для проверки качества у воения материала.

Методическое пособие является частью комплекса по дисциплинам биологического цикла и предназначено для студентов специальности 1-31 01 01 «Биология (по направлениям)».

ЛемешевскийÏолесÃÓ, В.О.

УДК 612.013.5(075.8) ББК 28.707.3+28.673я73

2

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Физиология – наука о функциях систем и отдельных органов здорового организма. Она изучает процессы жизнедеятельности и механизмы их регуляции, исходя из единства организма, во взаимодействии его с внешней средой.

Физиология является фундаментальной наукой для даль-

нейшего изучения биологических дисциплин. Изучение физиологии человека и животных предполагает как усвоение теоретических знаний, так и овладение навыками экспериментальной работы. Первые приобретаются обучающимися в ходе лекций и самостоятельной работы с учебным материалом, вторые – на лабораторных занятиях. В результате выполнения экспериментов пособия студенты знакомятся с методиками измерения физиологических величин, в том числе и с теми, которые применяются на практике. Анализ итоговых фактических материалов позволяет тудентам приобрести навыки научного мышления, рационального пред тавления и корректной интерпретации данных. В практикуме рассмотрены два раздела: внутренняя ср да организма и физиология сер- дечно-сосудистой сист мы.

ся. ЛабораторныеÏолесÃÓопыты адаптированы к программе биотехнологического факультета по физиологии человека и живот-

денту предлагается с п м щью вывода обобщить проделан-

ную работу, чт сп с бствовует более успешному усвоению

изученн г материала учащимся. В издании также приведены основные физиологические величины для сравнения с ними

данных собственных экспериментов студентов. К каждому лабораторному занятию предлагаются контрольные вопросы,

которы блегчают самостоятельную подготовку обучающих-

ных. В пособие включены новые лабораторные опыты. Литературные источники содержат последние издания по всем разделам курса и помогает получить более полные знания по основным вопросам, решаемым в ходе занятия.

4

ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

Кровь – жидкая соединительная ткань, составляет вместе с лимфой и тканевой жидкостью внутреннюю среду организма, омывающую все клетки тела. Исследование состава и свойств крови у животного проводят после ее взятия. Принудительной фиксации животных при взятии крови следует по возможности избегать. Для получения крови у мелких животных и птиц иногда прибегают к пункции желудочков

сердца. Кровь состоит из жидкой фракции – плазмы и находящихся в ней во взвешенном состоянии форменных элементов – эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов.

го ÏолесÃÓцвета жидкость – сыворотка. Сыворотка представляет собой

Для получения плазмы кровь предохраняют от свертывания добавлением антикоагулянтов. Такая кровь после длительного стояния в пробирке или центрифугирования разде-

ляется на плазму (верхний лой) и форменные элементы.

Плазма составляет 60–65 % общего объема крови, а формен-

ные элементы – 35–40 %. Это оотношение изменяется в за-

висимости от вида, возра та, породы животных, функцио-

нального состояния, а такж при некоторых заболеваниях.

Показатель гематокрита используют при вычислении ряда других важных характеристик крови (среднего объема эритроцит в, среднек ет чной концентрации гемоглобина и пр.). Если набранную в с суд кровь не стабилизировать антикоагулянт м, пр исх дит ее сверты-

плазму, лишенную фибрина. Схе-

5

Если выделить из крови фибриноген механическим путем, то такая кровь теряет способность к свертыванию. Она содержит все составные части, за исключением белка фибри-

ногена, и ее называют дефибринированной кровью.

В 1939 г. Г.Ф. Ланг ввёл понятие системы крови, которое включает периферическую кровь, органы кроветворения, органы кроверазрушения и нейрогуморальный аппарат регуляции. Система крови выполняет транспортную функцию (газотранспортную, трофическую, экскреторную), регулятор-

ную, г меостатическую, терморегуляторную, защитную, ге-

ферментовÏолесÃÓи витаминов, в большом количестве присутствуют продукты бм на в ществ, такие кислоты, как молочная, пировиноградная, уг ьная, а также мочевина, СО2, О2 и микроэлементы – медь, йод, кобальт, железо и др.

мостатич кую.

Кровь состоит из плазмы бледно-жёлтого цвета (плазма

без фибрина – сыворотка) и форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Масса крови у взрослого

человека тав я т 6,0–8,0 % массы тела, у новорожден-

ных – до 10–15 %. Количество крови увеличивается с 200– 350 мл при р жд нии до 3500–5000 мл в зрелом возрасте.

Гемат крит (Hct) – отнош ни форменных элементов

к общему бъ му кр ви. Этот показат ль может существенно

варьировать в зави имости от условий внутренней и внешней среды (в н рм у мужчин Hct – 40–48 %, у женщин 36–42 %).

тролиты. Электр литы: катионы (натрий, калий, кальций, магний), ани ны (хл р, бикарбонат, фосфат, белки); неэлектролиты: г юк за, м чевина, небелковый азот, жиры, стероиды, фосфо ипиды.

В плазм д ржится около 50 различных гормонов,

Форменные элементы крови – морфологически и функ-

ционально дифференцированные клетки крови: эритроциты; лейкоциты: гранулоциты – эозинофилы, базофилы, нейтрофилы, агранулоциты – моноциты, лимфоциты; тромбоциты.

6

Эритроциты – наиболее многочисленная фракция клеток, их количество – (4,0–5,0) × 1012 / л. Общее число в крови взрослого человека (25–30) × 1012 кл. (ПРИЛОЖЕНИЕ А). Это специализированные клетки, переносящие кислород благодаря наличию в них дыхательного пигмента – гемоглобина. Эритроциты – безъядерные клетки, имеют двояковогнутую форму, способствующую лучшей диффузии газов (О2, СО2), т.к. площадь поверхности эритроцита при этом больше, а внутриклеточное диффузионное расстояние меньше. ОтсутствиÏолесÃÓядра существенно снижает внутриклеточное потребление ки лорода (более чем в 200 раз), обеспечивая кислородом весь организм, сами эритроциты потребляют минимальное его количество. Общая площадь поверхности всех эритроцитов взрослого человека составляет примерно 3800 м2 (в 1,5 ты . раз б льше поверхности тела). Эритрон – совокупность эритроцитов перифериче кой крови, органов эритропоэза и эритроциторазрушения.

Деформируемость эритроцитов – пособность данных клеток изм нять свою форму под д й твием внешней силы. Эритроциты способны удлиняться при деформации в 2–3 раза. Безъядерные эритроциты ч лов ка и других млекопитающих способны к деформации в большей мере, чем эритроциты, им ющи ядра (рыбы, амфибии и птицы) (ПРИЛОЖЕНИЕ Б). Диск видный эритроцит легко проходит через капилляры диаметр м 3 мкм. Деформируемость эритроцитов имеет важн е значение для оксигенации тканей.

С г а н расчётам Шмид-Шонбайна, участок ткани млекопитающих размером 100 × 100 × 1000 мкм имеет 16 капилляров, а у других позвоночных в этом объёме содержится только один капилляр. В результате этого площадь активной диффузии газ в возрастает в 4 раза при 4-кратном снижении диффузионного расстояния; диффузионный поток при этом, по закону Фика, возрастает в 16 раз. Деформация эритроцитов при прохождении через капилляры усиливает внутриклеточную конвекцию кислорода, дезокси- и оксигемоглобина. Способность эритроцитов к деформации оказывает существенное влияние на вязкость крови – её свойства как неньютоновской

7

жидкости, или феномен Фареуса-Линдквиста. Деформируемость эритроцитов является фактором, лимитирующим продолжительность их жизни в циркуляции. Нормальные эластичные эритроциты свободно проходят через капилляры малого диаметра и отверстия венозных синусов селезёнки. Старые, неэластичные эритроциты задерживаются в этих синусах, подвергаются деструкции и, в конечном счете, лизируются. Способность эритроцита к деформации определяется,

прежде всего, свойствами его плазматической мембраны (её белковым каркасом, или цитоскелетом, состоящим

из микротрубÏолесÃÓч к и микрофиламентов, в некоторой степени,

липидами мембраны (их фазовым состоянием) и кооперативными свойствами всех компонентов мембраны). Белок спектрин, входящий в состав мембраны, располагается на ее внутренней стороне, неп средственно над цитоплазмой, образуя упругую выстилку, благодаря которой эритроцит обладает высокой деформируемостью, изменяя форму при движении в узких капиллярах и при кол баниях рН, температуры, осмотических показателей. П дд ржани формы клеток обеспечивается за счет энергии сод ржащ йся в них АТФ, которая образуется в процессе г ико иза, поэтому эритроциты активно потребляют глюкозу. Продо жительность жизни эритроцитов

миях. Непосредственными предшественниками эритроцитов являются ретикулоциты – клетки с ядрами, образующиеся в костном мозге. По мере старения эритроцитов содержание сиаловых ки т, г икопротеинов в мембране эритроцитов убывает, групповая специфика оказывается нарушенной. Белки-рецепторы в кровеносных сосудах селезенки и печени реагируют на такие клетки, как на чужеродные, и разрушают их – в частности, путем фагоцитоза. При эритрофагоцитозе происходит накопление железа в форме гемосидерина и ферритина, который может реутилизироваться эритробластами.

8

Эритрофагоцитоз (erythrophagocytosis; эритро- + фаго-

цитоз) – процесс поглощения и разрушения эритроцитов клетками системы макрофагов с образованием зерен гемосидерина.

Лейкоциты или белые кровяные тельца – бесцветные клетки крови, имеющие ядра и не содержащие гемоглобина

в1 л крови (4,0–9,0) × 109. Количество лейкоцитов в крови

взначительной степени колеблется из-за их способности мигрировать из крови в ткани и обратно (последнее характерно

для лимфоцитов), а также за счет выхода депонированных клеток из кроветворных органов, селезенки, легких. Лейкоциты способны к амёбоидному движению (скорость движения – до 40 мкм / мин.), миграции через стенки кровеносных сосудов (диапедез).

20–30ÏолесÃÓбакт рий. Базофилы тоже относятся к гранулоцитам. Синт зируют г парин, гистамин, серотонин, простагландины,

Хоуминг – способность клеток крови к миграции в определенный участок ткани. В лейкоцитах одержатся особые

ферменты – протеазы, пептидазы, липазы, диастазы, нукле-

азы, фосфатазы и др., играющи роль в защите организма

от инфекций. Иссл дуя мазок крови, о тавляют лейкоцитарную формулу – соотнош ни разных форм лейкоцитов в капле крови. Функции йкоцитов в организме различны.

Нейтрофи ы – самая многочисленная группа лейкоцитов. Пр д лжите ьн сть жизни – до 6 дней, богаты гранулами, держащими мн го ферментов (нуклеазы, эластазы, коллагеназы, лиз цим, в спалительные цитокины). Основная функция нейтр фила – фагоцитоз. В крови циркулирует 1 %

фактор, активирующий тромбоциты, тромбоксаны, лейкотриены, фактор хемотаксиса эозинофилов. Гистамин расширяет сосуды, улучшает кровоток в капиллярах, что важно после воспаления в фазу регенерации (восстановления). Гепарин препятствует свертыванию крови, обладает противоболевым действием.

9

Эозинофилы в кровотоке находятся до 12 часов, после чего мигрируют в ткани, где живут 10–12 суток. Их гранулы содержат много ферментов – главный щелочной белок, гистаминазу, эластазу, коллагеназу, катепсин, РНКазу. Эозинофилы обладают фагоцитарной активностью, обеспечивают противогельминтный иммунитет, препятствуют проникновению антигена (чужеродного белка) в кровь, активно разрушают гистамин, участвуют в свертывании крови, за счет активации калликреин-кининовой системы.

Моноциты относятся к агранулоцитам, способны к фагоцитозуÏолесÃÓ(тканевой макрофаг уничтожает до 100 бактерий). Моноциты появляются в очаге воспаления после нейтрофилов, они активны в кислой среде, в которой нейтрофилы теряют свою активность. Моноциты секретируют много ферментов (интерферон, комплемент), выполняют функции антигенпрезентирующих клеток, уча твуют в противораковом и противоинфекционном иммунитете. Лимфоциты обеспечивают специфический иммунит т, интезируют антитела против чужеродного б лка, уничтожают опухолевые клетки. С помощью сложных м тодов выращивания на искусственных средах выяв ены таки формы, как Т- и В-лимфоциты, клетки-киллеры (убийцы), хе перы (помощники), супрессоры (угнетатели), ну евые имфоциты. Т-лимфоциты обеспечивают клет чный иммунитет. Функция В-лимфоцитов – создание гум ральн г иммунитета путем выработки антител. Нулевые лимф циты переходят в Т- или В-лимфоциты.

Апоптоз – физиологический процесс программируемой гибели клеток.

Фагоцитоз – захват и элиминация лейкоцитом микроорганизмов или инородных субстанций.

Антитела – γ-глобулины крови, взаимодействующие с опред ленными антигенами и обезвреживающие микроорганизмы и чужеродные белки.

Интегрины – это семейство мембранных белков-рецеп- торов внеклеточного матрикса, обеспечивающих клеточную адгезию (например, фибронектин, ламинин).

10