Читать онлайн ЕГЭ. Биология. Анатомия и физиология человека бесплатно
Ткани
Ткань – совокупность клеток, объединенных общим происхождением и сходных по строению и функциям.
Гистология – наука о тканях.
Выделяют 4 типа тканей (у позвоночных животных в целом, и у человека в частности):
Эпителиальная
Мышечная
Нервная
Соединительная
Разберем каждую из них по нескольким основным критериям:
Основная функциональная характеристика.
Количество ядер в клетках.
Расстояние между клетками.
Количество межклеточного вещества.
Происхождение.
Кровоснабжение.
Регенерация.
Дополнительная особенность.
Затем рассмотрим классификацию каждой ткани по подтипам.
Эпителиальная ткань
Характеристики эпителиальной ткани:
Покровная и секреторная функции.
Всегда 1 ядро в клетке (кроме мертвых клеток рогового слоя кожи – в них нет ядер).
Клетки плотно прижаты друг к другу.
Практически отсутствует межклеточное вещество.
Образуется из эктодермы и энтодермы.
Слабо кровоснабжается или вообще не кровоснабжается (эпидермис кожи).
Очень хорошая регенерация.
У эпителиальной ткани всегда есть базальная мембрана – это «белковый фундамент», особая прослойка из коллагенов, к которой крепится эпителий.
Существуют разные классификации эпителия. Они базируются на количестве слоев в эпителии и на форме клеток. Мы разберем две базовые классификации, очень похожие друг на друга.
Первая классификация – это разделение эпителия на однослойный и многослойный. Все клетки однослойного эпителия прикреплены к базальной мембране. У многослойного эпителия только нижний слой прикреплен к базальной мембране. К однослойному эпителию относятся железистый (из него образованы железы организма) и покровный (из него образованы покровы многих внутренних органов). К многослойному эпителию относятся ороговевающий (из него образована кожа) и неороговевающий (из него образованы выстилки ротовой полости, влагалища, мочевыделительной системы). Ороговевающий эпителий – это эпителий, способный к ороговеванию, то есть, к образованию плотного слоя из мертвых клеток.
Стоит отметить, что в данную классификацию проблематично поместить многорядный (переходный, псевдомногослойный) эпителий. Особенность многорядного эпителия в том, что все клетки прикреплены к базальной мембране, что относит его к однослойному эпителию. Однако сами клетки расположены в несколько рядов, что сближает его с многослойным эпителием. Обратите внимание на картинку ниже. Это эпителий трахеи. Несмотря на складывающееся впечатление многослойности, каждая клетка прикреплена к базальной мембране (черной жирной линии внизу), что говорит об однослойности эпителия.
Вторая классификация – это разделение по морфологии клеток. Независимо от количества слоев, клетки могут иметь различную форму: плоскую, кубическую, призматическую (столбчатую). Отдельно здесь выделяют реснитчатый (мерцательный) эпителий – эпителий, имеющий реснички, необходимые для перемещения слизи. На картинке снизу мерцательный эпителий расположен справа в цилиндрическом эпителии.
Мышечная ткань
Характеристики мышечной ткани:
Возбудимость (способность реагировать на раздражители внешней среды, например, на электрический импульс) и сократимость (способность изменять форму в ответ на раздражитель внешней среды).
Количество ядер зависит от подтипа мышечной ткани (может быть 1 ядро, а может быть множество ядер).
Клетки находятся близко друг к другу, иногда даже сливаются друг с другом.
Межклеточного вещества у мышечной ткани мало.
Развивается из мезодермы.
Очень хорошо кровоснабжается.
Регенерация зависит от подтипа.
Некоторые из подтипов ткани могут быть подконтрольны сознанию.
Классификация мышечной ткани довольно проста и отражает морфо-функциональные характеристики. Мышечная ткань делится на гладкую (не имеет поперечной исчерченности) и поперечнополосатую (очевидно, имеет поперечную исчерченность). Поперечная исчерченность связана с четким чередованием различных крупных белковых молекул в мышечных клетках. Поперечнополосатая мышечная ткань делится на скелетную (образует скелетные мышцы) и сердечную (образует миокард).
Помимо классификации нужно знать отличия между гладкой, скелетной и сердечной мускулатурой.
Обратите внимание на форму клеток и количество ядер на картинке ниже. Отличить между собой три подтипа мышечной ткани несложно: у гладкой мышечной ткани форма клеток веретеновидная с ядром в центре, у скелетной мышечной ткани ядра прижаты к краям волокон и границы клеток незаметны, у сердечной мышечной ткани одно или два ядра расположены в центре и между клетками видны четкие границы.
Нервная ткань
Характеристики нервной ткани:
Возбудимость (способность реагировать на раздражители внешней среды, например, на электрический импульс) и проводимость (способность передавать импульс другим клеткам).
Всегда одно ядро.
Расположение клеток очень вариативно.
Содержание межклеточного вещества вариативно.
Развивается из эктодермы.
Отлично кровоснабжается.
Нейроны не регенерируют, нейроглия способна к регенерации.
Клетки характеризуются большим количеством отростков и их ветвистостью.
Классификация нервной ткани крайне проста. Выделяют собственно нейроны – функциональные клетки нервной ткани, создающие электрические импульсы, и нейроглию – вспомогательные клетки, помогающие нейронам правильно функционировать. Нейроглия делится на микроглию и макроглию.
Микроглия – это макрофаги центральной нервной системы, то есть, ее собственная иммунная система. Также микроглия способствует образованию синапсов – контактов между нейронами.
Макроглия делится еще на три подтипа клеток: астроциты, олигодендроциты, эпендимоциты.
Астроциты – выступают в роли опоры для нейронов, выполняют трофическую функцию, образуют гемато-энцефалический барьер (ГЭБ) между кровью и мозгом. Дело в том, что мозг требуется в защите от лишних токсинов и избыточного внимания нашей иммунной системы. Для этого астроциты оплетают кровеносные сосуды и не допускают проникновения в нервную систему токсинов и клеток иммунной системы.
Эпендимоциты – что-то наподобие эпителиальной ткани, но в мозге. Образуют вместе с астроцитами гемато-энцефалический барьер, а также выстилают желудочки мозга, по которым течет ликвор.
Олигодендроциты – окружают нервные клетки и, прежде всего, их аксоны, создавая миелиновую оболочку. Миелиновая оболочка – это многослойная, закрученная как рулет вокруг аксона, оболочка. Ее можно сравнить с изоляцией на проводе, способствующей защите электрического сигнала от помех. На самом деле ее функция намного сложнее, а принцип передачи нервного сигнала устроен не как в электрическом проводе. Но об этом расскажут уже в университете. Олигонедроциты периферической нервной системы называют Шванновскими клетками.
Соединительная ткань
Характеристики соединительной ткани:
Интегративная функция. Конкретная функция зависит от конкретного подтипа ткани.
Ядро 1 или иногда 0 (эритроциты).
Расположение клеток вариативно.
Очень много межклеточного вещества.
Развивается из мезодермы.
Кровоснабжение вариативно.
Уровень регенерации вариативен (от очень высокого для клеток крови до низкого для костной ткани).
Может быть жидкой (кровь и лимфа).
Выделяют много подтипов соединительной ткани и даже подтипы отдельных клеток. Мы разберем основные:
Рыхлая волокнистая. Образует дерму – средний слой кожи.
Плотная волокнистая. Образует фасции (оболочки мышц и органов), сухожилия, связки.
Хрящевая.
Костная.
Жировая.
Кровь.
Лимфа.
Ретикулярная. Образует селезенку, красный костный мозг, лимфоузлы.
На картинке ниже изображены некоторые из подтипов соединительной ткани. Нет крови и лимфы, так как в этих тканях каждый подтип клеток имеет свою особую морфологию. О крови и лимфе мы поговорим позже.
Интегративная таблица по общей характеристике всех 4 тканей:
Кожа
Кожа – это внешний покров тела человека, состоящий из трех слоев: эпидермы, дермы, гиподермы. Кожа состоит не только из эпителия, там есть множество других тканей!
Эпидерма – наружный слой, состоящий из эпителиальных клеток (многослойного плоского ороговевающего эпителия). Эпидерма состоит из 5 последовательных слоев (снаружи внутрь):
Роговой слой – ороговевшие мертвые клетки (кераноциты). Поскольку это мертвые клетки, то они не содержат ядер.
Гиалиновый слой – тоже безъядерные клетки. Иногда этот слой называют блестящим слоем.
Зернистый слой – уплощенные живые клетки.
Шиповатый слой – живые клетки с выростами.
Базальный – клетки, крепящиеся к базальной мембране.
Помимо этого, в базальном слое располагаются меланоциты – особые клетки, продуцирующие меланин. Меланин – пигмент, придающий темную окраску кожи. Он вырабатывается в зависимости от генов, воздействия ультрафиолетовых лучей, воздействия гормонов. Родинки (невусы) образованы скоплениями меланоцитов. Полное отсутствие меланина в организме называется альбинизмом. Обратите внимание, что меланоциты имеют нейрональное происхождения (то есть, они ближе к нервной ткани, чем к эпителиальной).
Дерма – средний слой, состоящий из рыхлой соединительной ткани, в которой расположены придатки кожи (волосяные фолликулы, потовые и сальные железы), сосуды и рецепторы.
Гиподерма – внутренний слой кожи, состоящий из подкожной жировой клетчатки (жировой ткани) и рыхлой соединительной ткани. В ней располагаются крупные сосуды и нервы.
Ниже приведена картинка послойного строения кожи. Обратите внимание, что граница между эпидермой и дермой – это базальная мембрана. Однако четкой границы между дермой и гиподермой нет.
Теперь рассмотрим картинку с основными структурными элементами кожи. Обратите внимание, что протоки сальной железы выходят в воронку волосяного фолликула, а у потовых желез свои собственные протоки, выходящие на поверхность кожи. На картинке не представлены рецепторы кожи.
К придаткам кожи человека относятся: ногти, волосы, потовые железы, сальные железы. Молочные (млечные) железы являются видоизмененными потовыми железами. У других позвоночных животных могут быть иные придатки: когти, перья, роговые чешуи, пахучие железы.
Функции кожи:
Покровная – создает слой, отграничивающий наружную среду и организм.
Защитная – кожа защищает организм от внешних химических, физических и биологических воздействий, а также от потери воды (без кожи организм быстро бы потерял воду из-за испарения).
Выделительная – через потовые железы может секретироваться вода, ионы, мочевина, некоторые токсические вещества.
Запасающая – подкожная жировая клетчатка содержит запас липидов, который может быть использован организмом.
Эндокринная и метаболическая – кожа участвует в синтезе и запасе витамина D, синтезе и секреции некоторых гормонов, производимых жировой тканью.
Рецепторная – кожа отвечает за осязание и восприятие боли.
Термоизоляция – подкожная жировая клетчатка плохо проводит тепло, благодаря чему организм не теряет тепло, если температура окружающей среды низкая, и, наоборот, не перегревается, если температура окружающей среды высокая.
Терморегуляция – благодаря кровеносным сосудам и потовым железам кожа может быстро отдавать тепло. Даже в случае, когда температура окружающей среды выше температуры тела, организм способен остывать. Это достигается выделением жидкого пота на поверхность кожи, который, испаряясь, забирает тепловую энергию и остужает организм.
Кормление детенышей – молочные железы выделяют питательное молоко, которым кормят детенышей млекопитающие.
Опорно-двигательная система
Включает в себя несколько составляющих элементов: кости, мышцы, связки, сухожилия.
Кости – цельные структуры из костной ткани, выполняют функции опоры, защиты, кроветворения (в некоторых костях содержится красный костный мозг), служат местом крепления мышц.
Мышцы – волокна скелетной мускулатуры, выполняют функции движения и защиты.
Связки – тяжи из плотной волокнистой ткани, выполняют функцию соединения костей и образования суставов.
Сухожилия – тяжи из плотной волокнистой ткани, которые являются продолжением фасции мышцы (соединительно-тканной оболочки мышцы, выполняют функцию прикрепления мышц к костям.
Кости
Кости состоят из органических и неорганических веществ. Органические вещества (коллаген и другие белки) придают кости эластичность и упругость. Неорганические вещества (фосфат кальция и другие соли) придают кости твердость. Только в комплексе обоих компонентов получается прочная кость. Если исключить органические вещества (например, поместив кость в раствор с ферментами), то в кости останутся только неорганические вещества – она будет твердой, но хрупкой, как стекло. Наоборот, если исключить неорганические вещества (например, поместив кость в кислоту, то в кости останутся только органические вещества – она перестанет быть твердой, по консистенции будет похожа на хрящ.
Общее строение трубчатой кости
На макроскопическом уровне кость состоит из тела (диафиза) и головки (эпифиза), иногда между ними выделяют шейку (метафиз). В месте сустава кость покрыта хрящом, в остальных местах – надкостницей.
На микроскопическом уровне кость внутри образована губчатым веществом (заполнено красным костным мозгом), компактным веществом, желтым костным мозгом (жировая ткань), в котором располагаются сосуды и нервы.
Остеон – структурно-функциональная единица компактного вещества. В центре него находится Гаверсов канал (внутри него – сосуды и нервы), а по периферии остеобласты. Остальная часть остеона заполнена пластинками с остоецитами. Также встречаются остеокласты.
Остеобласты – молодые клетки костной ткани, продуцирующие межклеточное вещество.
Остеоциты – зрелые клетки костной ткани, замурованные в межклеточном веществе.
Остеокласты – клетки для разрушения и перестройки костной ткани.
Классификация костей
Трубчатые
.1.
Длинные (плечевая, локтевая, лучевая, бедренная, большеберцовая, малоберцовая, ключица)
.2.
Короткие (фаланги пальцев, кости пястья и плюсны)
Губчатые
1.1.
Длинные (ребра, грудина)
1.2.
Короткие (кости запястья и предплюсны)
1.3.
Сесамовидные (надколенник)
Плоские
2.1.
Широкие (тазовые: подвздошная, седалищная, лобковая; кости черепа: лобная, затылочная, теменная)
2.2.
Воздухоносные (верхнечелюстная, клиновидная, решетчатая)
Смешанные (позвонки)
Скелет – совокупность костей организма. В среднем в организме человека 208 костей.
Скелет состоит из трех основных звеньев: осевого скелета, верхней конечности, нижней конечности. Разберем подробнее состав скелета.
Осевой скелет
.1.
Череп (лицевой отдел: верхняя и нижняя челюсти, скуловая, носовая; мозговой отдел: теменная, височная, лобная, затылочная, клиновидная, решетчатая)
.2.
Позвоночник (шейный отдел – 7 позвонков, грудной отдел – 12 позвонков, поясничный отдел – 5 позвонков, крестец – 5 сросшихся позвонков, копчик – 3 сросшихся позвонка)
.3.
Грудная клетка (грудина, истинные ребра – 7 пар, ложные ребра – 3 пары, плавающие ребра – 2 пары)
Верхняя конечность
1.1.
Пояс верхней конечности (лопатка, ключица)
1.2.
Свободная верхняя конечность (плечевая, локтевая, лучевая, кости запястья, кости пястья, фаланги пальцев)
Нижняя конечность
2.1.
Пояс нижней конечности (тазовые кости: седалищная, лобковая, подвздошная)
2.2.
Свободная нижняя конечность (бедренная, большеберцовая, малоберцовая, надколенник, кости предплюсны, кости плюсны, фаланги пальцев)
Осевой скелет
Состоит из черепа, позвоночника и грудной клетки
Кости черепа
Строение позвонка
Отделы позвоночника
Обратите внимание, что чем ниже расположен позвонок, тем толще тело позвонка и больше отростки. Это связано с возрастающей нагрузкой.
Грудная клетка
Грудина состоит из рукоятки, тела и мечевидного отростка. Сзади ребра крепятся к грудным позвонкам. Выделяют 7 пар истинных ребер – каждое ребро с помощью хряща крепится к грудине. 3 пары ложных ребер – все ложные ребра хрящом прикреплены к хрящу 7-ого истинного ребра. 2 пары плавающих ребер – не имеют прикрепления к грудине.
Верхняя конечность
С верхней конечностью часто возникает путаница. Во-первых, запомните, что плечом в анатомии называют не место над ключицей (на котором в России и других странах носят погоны), а место, где располагается бицепс. Во-вторых, запястьем называют место в основании кисти, часы же носят на дистальной (то есть, удаленной от тела) части предплечья. В-третьих, локтевая кость расположена медиально (ближе к телу), а лучевая латеральнее (дальше от тела). На рисунке они отличаются толщиной кости в локтевом суставе: локтевая кость толще в локтевом суставе. В-четвертых, обратите внимание на пястье – это трубчатые кости, образующие часть кисти, которую называют ладонью.
Нижняя конечность
В нижней конечности тоже есть запутанные места. Во-первых, не путайте понятия таза и тазовых костей. Таз – это совокупность объектов опорно-двигательной системы: крестца, копчика, тазовых костей, лобкового симфиза и нескольких связок. Тазовые кости – это подвздошная (ее можно легко нащупать под талией), лобковая (ее можно нащупать над наружными половыми органами), седалищная (ее можно нащупать в глубине ягодичной мышцы). Во-вторых, большеберцовая кость – это крупная кость, на нее и приходится вся нагрузка. В принципе, человек может ходить и без наличия малоберцовой кости.
Соединения костей
Выделяют три способа соединения костей:
Неподвижные – полное сращение костей без возможности смещения относительно друг друга. Примеры: швы костей черепа, сращения тазовых костей, позвонки крестца, позвонки копчика.
Полуподвижные – соединение костей с помощью соединительной ткани, обеспечивающее небольшое смещение костей относительно друг друга. Примеры: позвоночник (соединения позвонков межпозвоночными дисками), истинные и ложные ребра с грудиной (соединения с помощью хряща), лобковый симфиз (соединение между лобковыми костями посредством плотной волокнистой ткани).
Подвижные (суставы) – соединение костей с помощью хряща и связок, обеспечивающее полное смещение костей в пространстве относительно друг друга. Примеры: нижнечелюстной, атланто-осевой, плечевой, локтевой, лучезапястный, тазобедренный, коленный, голеностопный.
Мышцы
Мышцы опорно-двигательной системы образованы скелетной мышечной тканью и покрыты снаружи фасцией – плотной волокнистой тканью, переходящей в сухожилие, с помощью которого мышца крепится к кости. Обратите внимание, что есть термин эпимизий – это наружная соединительно-тканная оболочка, по сути своей, фасция. А есть термин перимизий – это соединительно-тканная оболочка между мышечными волокнами. Внутри мышечного волокна выделяют также эндомизий. Знать это необязательно, но желательно.
Группы мышц по расположению в организме:
Мышцы головы (жевательные и мимические)
Мышцы шеи
Мышцы туловища (мышцы спины, грудные мышцы, мышцы брюшного пресса)
Мышцы верхних конечностей
Мышцы нижних конечностей
Помимо этого, существуют глазодвигательные мышцы, тоже состоящие из скелетной мускулатуры, но относимые не к опорно-двигательной системе, а к строению глаза. Стоит отметить диафрагму – совокупность пучков гладких и скелетных мышц. Диафрагма относится к дыхательной системе и разделяет грудную и брюшную полости.
Также выделяют другие классификации мышц в зависимости от физиологической работы.
Сгибатели и разгибатели – в зависимости от изменения частей конечности в пространстве. Например, бицепс является сгибателем для предплечья, а трицепс разгибателем для предплечья.
Приводящие и отводящие – в зависимости от изменения конечности в пространстве относительно тела. Например, широчайшая мышца спины приводит руку к телу, а грудная мышца отводит руку от тела.
Синергисты и антагонисты – в зависимости от участия в одном движении или в противоположных. Например, широчайшая мышца спины и бицепс задействованы вместе при подтягиваниях, а трицепс и бицепс выполняют противоположные движения.
Мышечные волокна (внутри одной мышцы) можно разделить на красные и белые. Их цвет зависит от количества миоглобина. Миоглобин – белок, схожий с гемоглобином. Он содержится только в скелетных и сердечной мышцах, тоже включает в свой состав гем и железо, но отличается от гемоглобина тем, что сильнее «притягивает» кислород. Это необходимо для того, чтобы даже при высокой концентрации кислорода в мышцах и низкой концентрации в крови (эритроцитах), все равно «примагничивать» кислород в клетки мышц. Также миоглобин служит кратковременным местом депонирования кислорода в мышцах.
Красные волокна – медленные (тонические), имеют такой цвет за счет высокой концентрации миоглобина. Они слабые, медленные, но очень выносливые за счет большого количества митохондрий в клетках и преимущественно аэробному дыханию. Такие мышечные волокна преобладают в мышцах, обеспечивающих позу и поддержание тела в пространстве (например, мышцы шеи).
Белые волокна – быстрые (физические), имеют такой цвет за счет низкой концентрации миоглобина. Они сильные, быстрые, но совсем не выносливые за счет малого количества митохондрий в клетках и преимущественно анаэробному окислению (гликолизу). Такие мышечные волокна преобладают в мышцах, обеспечивающих активные быстрые движения (локомоция).
Механизм мышечного сокращения крайне сложен и включает множество систем. Мы разберем основные аспекты. Представьте, что есть поезд, рельсы, шлагбаум и электричество. Поезд – это белок миозин, рельсы – белок актин, шлагбаум – тропонины, а электричество – это различные ионы. Для того, чтобы произошло движение, сначала нужно подать электричество (ионы кальция) на шлагбаум, он поднимается, разрешая поезду двигаться. Теперь электричество нужно подать поезду, он начнет двигаться по рельсам, будет происходить движение. Более научная последовательность действий:
Двигательный нейрон выделяет нейромедиатор – ацетилхолин.
На клетках мышц есть холинергические рецепторы (рецепторы к ацетилхолину).
Рецепторы возбуждаются и начинают внутрь клетки впускать Na+