1. Работа сердца и ее регуляция. Гигиена кровеносной системы

К органам кровообращения человека и млекопитающих относят сердце и сосуды. Сердце человека и млекопитающих четырехкамерное, состоит из двух предсердий и двух желудочков. Между правым предсердием и правым желудочком находится трехстворчатый клапан, а между левым предсердием и левым желудочком – двустворчатый (митральный) клапан. Из левого желудочка выходит аорта, а из правого – легочная артерия. На границе этих сосудов и желудочков имеются полулунные клапаны. Клапаны сердца обеспечивают однонаправленный ток крови в сердце – от предсердий к желудочкам и далее в артериальную систему.

Вскрытое сердце человека: 1 — левое предсердие; 2 — лёгочные вены (показаны лишь две) ; 3 — левый предсердно-жедудочковый клапан (двустворчатый); 4 — левый желудочек; 5 — межжелудочковая перегородка; 6 — правый желудочек; 7 — нижняя полая вена; 8 — правый предсердно-желудочковый клапан (трехстворчатый); 9 — правое предсердие; 10 — синусно-предсердный узел; 11 — верхняя полая вена; 12 — предсердно-желудочковый узел

Стенка сердца состоит из трех слоев: эндокарда – это внутренний эпителиальный слой, миокарда – это средний мышечный слой и эпикарда – это наружный слой, состоящий из соединительной ткани и покрытый серозным эпителием. Основную массу составляет миокард – поперечно-полосатая мышца, которая по ряду признаков отличается от поперечно-полосатой скелетной мышцы. Сердце обладает автоматией – способностью возбуждаться и сокращаться в отсутствие внешних воздействий (скелетная мышца в отличие от миокарда сокращается только в ответ на нервные импульсы, которые приходят к ней по нервным волокнам). Снаружи сердце покрыто околосердечной сумкой – перикардом. Стенки перикарда выделяют жидкость, которая уменьшает трение сердца при сокращении.

Нормальная электрокардиограмма – ЭКГ:
Р – возбуждение предсердий; QRS – возбуждение желудочков;
Т – снижение активности работы желудочков

Работа сердца состоит в ритмическом нагнетании в артериальную систему крови, которая поступает в сердце из большого и малого кругов кровообращения по венам (по полым венам венозная кровь поступает в правое предсердие, а по легочным венам – артериальная кровь в левое предсердие). Камеры сердца в определенной последовательности сокращаются (сокращение сердца называют систолой) и расслабляются (расслабление сердца называют диастолой). Первая фаза – это систола предсердий, вторая фаза – систола желудочков (предсердия в это время расслаблены), третья фаза – общая диастола предсердий и желудочков. Все три фазы вместе составляют сердечный цикл. У взрослого человека он длится в среднем 0,8 с (частота сердечных сокращений 75 уд./мин), при этом первая фаза длится 0,1 с, вторая – 0,3 с, третья – 0,4 с. Такое попеременное сокращение и расслабление позволяет миокарду работать в течение всей жизни человека, не утомляясь.

Регуляция работы сердца осуществляется нервным и гуморальным путем. Нервная регуляция обеспечивается вегетативной (автономной) нервной системой, ее двумя отделами – симпатическим и парасимпатическим. Центр симпатической регуляции сердца лежит в грудном отделе спинного мозга. Здесь в боковых рогах спинного мозга находятся тела первых (преганглионарных) симпатических нейронов. Длинные отростки этих нейронов (преганглионарные аксоны) выходят за пределы спинного мозга и образуют синаптические переключения на телах вторых (постганглионарных) симпатических нейронов, которые находятся в симпатических ганглиях, образующих две симпатические цепочки вдоль спинного мозга.

От тел постганглионарных нейронов отходят постганглионарные симпатические аксоны, которые заканчиваются в миокарде. Из окончаний этих аксонов выделяется передатчик (медиатор) норадреналин. Под влиянием норадреналина увеличиваются частота и сила сердечных сокращений (положительные хронотропный и инотропный эффекты), возрастает возбудимость миокарда, увеличивается скорость проведения возбуждения. Все это приводит к увеличению производительности сердца. Такие изменения необходимы при физической нагрузке, при стрессе, т.к. в этих случаях требуется усиление кровотока.

Центр парасимпатической регуляции сердца лежит в продолговатом мозгу; там находятся тела парасимпатических преганглионарных нейронов. Аксоны этих нейронов идут, не прерываясь, до сердца, т.к. тела постганглионарных парасимпатических нейронов лежат в самом сердце. Из окончаний этих аксонов выделяется другой медиатор – ацетилхолин. Он вызывает прямо противоположные эффекты (отрицательные хроно- и инотропный эффекты, уменьшение возбудимости, скорости проведения возбуждения по миокарду). Парасимпатическая система регулирует работу сердца в состоянии покоя. Вегетативная регуляция сердца находится под влиянием вышележащих отделов центральной нервной системы.

В продолговатом мозгу лежит также сосудодвигательный центр – он регулирует просвет сосудов. Возбуждение этого центра приводит к сужению (констрикции) сосудов.

Важную роль в регуляции сердечно-сосудистой системы играют и гуморальные факторы, связанные с жидкой средой организма. Основной гормон, который регулирует работу сердца и сосудов, – это адреналин. Он синтезируется в клетках мозгового слоя надпочечников. Эффекты адреналина те же, что и эффекты симпатического медиатора норадреналина, однако развиваются они медленнее. Гормоны щитовидной железы тироксин и трийодтиронин также увеличивают частоту сердечных сокращений. Влияют на работу сердца и различные ионы, которые поступают в него с током крови. Так, например, ионы кальция усиливают, а ионы калия подавляют работу сердца. Нервная и гуморальная регуляция сердечно-сосудистой системы тесно взаимосвязаны. Нервная регуляция обеспечивает срочные влияния на сердце, гуморальная регуляция оказывает более медленные и длительные воздействия.

Гигиена сердечно-сосудистой системы подразумевает развитие, тренировку и укрепление этой системы. Благотворное влияние оказывает на ее деятельность физическая работа на свежем воздухе. Однако чрезмерные физические нагрузки, особенно у нетренированного человека, могут вызвать серьезные нарушения работы сердца и сосудов. Наибольший вред приносят, конечно же, никотин и алкоголь. Они отравляют миокард, нарушают нормальную регуляцию сердца и сосудов. Это выражается в возникновении спазмов коронарных, т.е. питающих сам миокард, сосудов. В результате из-за недостаточного кровотока в миокарде может образоваться зона отмершей ткани, или некроза, – возникнет инфаркт миокарда. Следствием спазма сосудов может стать также развитие гипертензии – стойкого повышения артериального давления; это также влечет за собой нарушение работы сердца.

К наиболее распространенным заболеваниям сердца относятся ишемическая болезнь сердца (в том числе – острый инфаркт миокарда), воспалительные процессы в сердце (миокардит, перикардит), пороки сердца. Нарушения работы сердца часто выражаются в виде аритмий – нарушений ритма сердца. Для исследования работы сердца чаще всего применяют электрокардиографию. Этот метод позволяет оценить, как происходит возбуждение сердца, как это возбуждение распространяется по проводящей системе сердца.

2. Бактерии. Особенности их строения и жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека

Бактерии – это царство, относящееся к надцарству доядерных организмов, или прокариот – одноклеточных организмов, в клетках которых нет оформленного ядра. Функцию ядра у них выполняет ядерное вещество – молекула ДНК, свернутая в кольцо (нуклеоид). Нуклеоид расположен в цитоплазме клетки.

В бактериальной клетке отсутствуют митохондрии, пластиды и многие другие органоиды, которые есть в эукариотических клетках (имеющих оформленное ядро). Функции этих органоидов выполняют полости, отграниченные мембраной (мезосомы). В бактериальной клетке есть рибосомы. Клетка отделена от окружающей среды мембраной и плотной клеточной оболочкой. Иногда поверх оболочки есть еще коллоидная (полужидкая) капсула.

Схема строения прокариотической клетки (бактериальная клетка в продольном разрезе):
Гли – гранулы гликогена; Ж – жгутик; Кпс – капсула; КСт – клеточная стенка; Ли – липидные капельки; ПГМ – поли-р-гидроксимасляная кислота; п– пили; Пз – плазмида; ПМ – плазматическая мембрана; ПФ – гранулы полифосфата; Р – рибосомы и полисомы; Ц – цитоплазма Я – ядерное вещество (нуклеоид); S – включения серы

Бактериальные клетки могут быть разной формы: шаровидной (кокки), палочковидной (бациллы), спиралевидной (спириллы), изогнутой (вибрионы). Подвижные бактерии имеют один или несколько жгутиков. Встречаются среди бактерий и колониальные формы.

Размножаются бактерии делением клетки пополам с образованием поперечной перегородки. Сначала делится нуклеоид, затем цитоплазма. Но у бактерий бывает и «половой» процесс, например, конъюгация у кишечной палочки. При этом происходит обмен генетической информацией.

Бактерии различаются по способам питания (ассимиляции) и дыхания (диссимиляции). Есть бактерии-гетеротрофы, которые питаются готовой органикой, как животные и грибы. Среди бактерий-гетеротрофов различают паразитов, питающихся органикой живых организмов (это болезнетворные бактерии), и сапрофитов, питающихся мертвой органикой (бактерии гниения).

Существуют также бактерии-автотрофы, способные сами синтезировать органические вещества. К ним относятся бактерии, в цитоплазме которых есть фотосинтезирующий пигмент, например, бактериохлорофилл. В процессе фотосинтеза эти бактерии не образуют кислорода, т.к. источником протонов водорода у них служит не вода, а сероводород или молекулярный водород. Исключением здесь являются цианобактерии, которые относят также к синезеленым водорослям.

Есть также бактерии, которые синтезируют органические вещества, используя энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений. Это бактерии-хемотрофы (хемосинтетики). Процесс хемосинтеза был открыт в 1887 г. великим русским ученым С.Н. Виноградским.

По типу дыхания бактерии делят на аэробы (им для дыхания необходим кислород) и анаэробы (живут в бескислородной среде). Анаэробы – это бактерии брожения (молочнокислого, уксуснокислого, спиртового и др.). Брожение играет большую роль в круговороте веществ в природе и имеет важное практическое значение.

Бактерии часто образуют споры: содержимое бактериальной клетки принимает форму шара, вода удаляется, образуется новая оболочка. В таком виде бактерии переносят неблагоприятные условия существования. Споры служат также для распространения бактерий.

Бактерии обитают везде. В воздухе они поднимаются в верхние слои атмосферы (иногда до 30 км). В почве бактерии в основном живут в плодородном слое (гумусе). В 1 г плодородной почвы может содержаться до 3 млрд бактерий. Азотобактерии, нитрифицирующие бактерии, бактерии гниения играют важную роль в почвообразовании.

Бактерии живут и в воде, особенно в поверхностных слоях. Полезные водные бактерии участвуют в минерализации органических остатков в водоемах.

Болезнетворные (патогенные) бактерии живут в организме человека, животных, растений. Болезнетворные бактерии по типу питания относятся к гетеротрофам-паразитам, т.к. они питаются органическими веществами организма хозяина. Эти бактерии вызывают бактериальные инфекционные заболевания (холера, сыпной тиф, чума, сап, ангина и т.д.). Пути передачи болезнетворных бактерий могут быть разными: водный, воздушно-капельный, контактный, через предметы, которыми пользовался больной, через переносчиков (например, грызуны могут быть переносчиками чумы, тифа).

Возбудители могут передаваться и через пищевые продукты. Например, бацилла Clostridium botulinum размножается в бескислородной среде при нарушении технологии консервирования продуктов. Ее токсин (яд, который она выделяет в процессе обмена веществ) – это белок, который плохо расщепляется в пищеварительном тракте; 1 г этого токсина достаточно, чтобы убить примерно 60 млрд мышей!

К мерам борьбы с инфекционными заболеваниями относятся дезинфекция, ультрафиолетовое облучение, стерилизация (нагрев до 120 °С), пастеризация (нагрев продуктов несколько раз до 60–70 °С), уничтожение переносчиков, изоляция больных. Инфекционные бактериальные заболевания лечат антибиотиками.

Бактерии могут жить и в симбиозе с другими организмами. Это бактерии, которые поселяются в пищеварительном тракте животных и человека и помогают расщеплять и усваивать пищу. В кишечнике человека имеется микробная флора (микрофлора) – это бактерии (кишечная палочка, бифидобактерии, лактобактерии), которые подавляют развитие патогенных бактерий, синтезируют витамины (например, кишечная палочка синтезирует необходимый для свертывания крови витамин К), способствуют перевариванию пищи. При подавлении микрофлоры антибиотиками может развиться тяжелое состояние – дисбактериоз.

Главная роль бактерий в природе заключается в их участии в круговороте веществ. Только благодаря бактериям происходят превращения веществ, без которых невозможна жизнь на Земле. Благодаря бактериям и грибам растительные остатки разлагаются с образованием углекислого газа, который затем в процессе фотосинтеза включаются вновь в состав органических веществ. Благодаря бактериям включаются в круговорот веществ азот и сера. Без бактерий все имеющиеся на Земле атомы углерода и азота оказались бы в связанном состоянии в телах погибших организмов.

Человек в своей хозяйственной деятельности широко использует различные свойства бактерий. Так, способность бактерий вызывать брожение (бактерии молочнокислого, уксуснокислого брожения) используется для приготовления соответствующих продуктов, способность клубеньковых бактерий усваивать атмосферный азот – для удобрения почвы, обогащения ее азотными удобрениями, способность бактерий синтезировать в процессе обмена веществ витамины, аминокислоты и другие соединения – в бактериальном синтезе этих соединений в промышленном масштабе.

Бактерии – важный объект научных исследований для генетиков, биохимиков, биофизиков. Они широко используются в современной биотехнологии.

Отрицательное значений имеют, прежде всего, болезнетворные бактерии. Приносят вред также бактерии, вызывающие порчу продуктов (бактерии гниения и брожения).

Формы одноклеточных бактерий:
1 – микрококки, 2 – диплококки, 3 – стрептококки, 4 – стафилококки,
5 – сарцины, 6 – палочковидные бактерии, 7 – спириллы, 8 – вибрионы

Бактерии существовали на протяжении всей геологической истории Земли. Первыми организмами на Земле были, по-видимому, гетеротрофные бактерии. В архейской эре цианобактерии (синезеленые водоросли) начали выделять в атмосферу Земли кислород. Это создало условия для существования на Земле организмов, дышащих кислородом (аэробных организмов).