Системы восприятия человеком состояния среды обитания

Кожа — внешний покров тела, представляющий собой самый большой  орган с очень сложным строением, который выполняет ряд важных жизненных функций. Кожа защищает организм от вредных внешних воздействий, выполняет рецепторную, секреторную, обменную функции, играет значительную роль в терморегуляции и др.

В коже выделяют три слоя: наружный (эпителиальный — эпидермис), средний, состоящий из соединительной ткани (собственно кожа — дерма) и внутренний —подкожная жировая клетчатка. В  коже расположено большое число  кровеносных и лимфатических  сосудов, а также многочисленных пронизывающих дерму нервных  волокон.

Одной из основных функций кожи является защитная, т. е. кожа — орган защиты. Так, растяжение, давление, ушибы обезвреживаются  упругой жировой подстилкой и  эластичностью кожи. Нормальный —  роговой слой предохраняет глубокие слои кожи от высыхания и весьма устойчив по отношению к различным  химическим веществам. Пигмент меланин, поглощающий ультрафиолетовые лучи, предохраняет кожу от воздействия солнечного света. Большое значение имеют стерилизующие свойства кожи и устойчивость к различным микробам; неповрежденный роговой слой непроницаем для инфекций, а кожное сало и пот создают кислую среду с рН5,5, неблагоприятную для многих микробов. Окисление происходит в роговом слое, поэтому так важен достаточный приток кислорода для профилактики кожных заболеваний. Кожа «дышит», например, если покрыть человека лаком, он начинает задыхаться.

Важной функцией кожи является ее участие в терморегуляции (поддержании  нормальной температуры тела), так  как 80 % всей теплоотдачи организма осуществляется кожей. При высокой температуре внешней среды кровеносные сосуды кожи расширяются и теплоотдача конвекцией усиливается. При низкой температуре — сосуды суживаются, кожа бледнеет, теплоотдача снижается. Секреторная функция обеспечивается сальными и потовыми железами. С кожным салом могут выделяться некоторые лекарственные вещества (йод, бром), продукты промежуточного обмена веществ, микробных токсинов и эндогенных ядов.

Обменная функция кожи заключается  в участии в процессах регуляции общего обмена веществ в организме, особенно водного, минерального и углеводного. Ниже приведены максимальные скорости передачи информации, принимаемой человеком с помощью различных органов чувств в кору больших полушарий головного мозга.

 

Воспринимаемый сигнал Характеристика Максимальная скорость, бит/с

Зрительный Цвет 3,1

Слуховой Громкость 2,3

Вкусовой Соленость 1,3

Обонятельный Интенсивность 1,53

Тактильный (осязательный) Интенсивность 2,0

Для организма важен анализ не только внешнего мира, но и то, что происходит в нем самом. Кроме перечисленных  внешних анализаторов существуют анализаторы  внутренние, которые сигнализируют  о деятельности внутренних органов, о состоянии нашей внутренней среды. Постоянство внутренней среды—условие  нормального существования организма. В настоящее время под внутренней средой принято считать: кровь (точнее, плазму крови), лимфу и межклеточную жидкость.

Можно назвать несколько параметров внутренней среды, поддержание которых особенно важно для жизни. Это содержание кислорода, углекислого газа, водородных ионов, ряда минеральных веществ (натрия, магния, кальция и др.), артериального давления, температуры и др. Диапазон колебаний этих параметров очень невелик. Благодаря такому строгому постоянству внутренней среды живое существо может находиться в различных условиях внешней среды.

Информация, получаемая из внешнего мира и внутренней среды организма, определяет работу функциональных систем организмами  поведение человека. Для управления поведением человека и активностью его функциональных систем (т. е. выходной информацией, поступающей из коры больших полушарий) достаточно около 107 бит/с при подключении программ, содержащихся в памяти.

Для анализаторов характерна чрезвычайно  высокая чувствительность к соответствующим раздражителям. Если бы чувствительность наших органов чувств оказалась еще выше, то это бы только затруднило нашу жизнь. В этом случае мы бы в буквальном смысле слышали, как растут деревья, как бежит кровь по сосудам, броуновское движение молекул и т. п.

Количественной мерой чувствительности является пороговая интенсивность  энергетического воздействия, т. е. та наименьшая интенсивность раздражителя, действие которого дает ощущение. Чем ниже пороговая интенсивность или просто «порог», тем выше чувствительность, и наоборот.

Рассмотрим в качестве примеров, какова же абсолютная чувствительность некоторых наших органов чувств.

Световая чувствительность наших  глаз связана с чувствительностью рецепторных элементов сетчатки и приближается к теоретически возможному максимуму. Для возникновения зрительного ощущения достаточно, чтобы палочкой был поглощен 1...2 кванта света, а для колбочек необходимо 5... 10 квантов.

У человека ощущение света возникает  не сразу, а только спустя 0,1 с, т. е. после  его фактического действия, при этом интенсивность света превышает  в 400 раз пороговое значение. При  уменьшении интенсивности время реакции увеличивается до 0,25 с. 90

Чувствительность вестибулярного анализатора характеризуют минимальными, т. е. пороговыми величинами воспринимаемых факторов.

Для углового ускорения порог составляет 0,015...0,05 рад/с2.

Для прямолинейного —2...20 см/с2.

При наклонах головы пороговая величина равна 1° при наклонах в сторону  и 1,5...2° при наклонах вперед и  назад. Центробежная сила воспринимается при ее значениях (0,005—0,1)q.

Вкусовую чувствительность характеризуют  пороговой концентрацией веществ, при нанесении которых на всю поверхность языка возникают соответствующие вкусовые ощущения. Такой минимальной концентрацией для сахара будет 0,01 моль/м3, для поваренной соли NаС1 — 0,05 моль/м3, для соляной кислоты НС1 - 0,0007 моль/м3, для солянокислого хинина 0,0000001 моль/м3.

Самая высокая чувствительность проявляется  при температуре 37 °С.

Для оценки чувствительности обоняния чаще всего используется число молекул  в 1 м3 или в 50 см3 воздуха (считается, что на один «нюх» у человека расходуется 50 см3). Обращают на себя внимание очень  резкие колебания величин порогов  запаха различных веществ для  различных людей и для различных  видов животных. В качестве примера  могут служить пороговые концентрации (число молекул в 1 м3 воздуха) сильно пахнущих веществ для собаки и  человека:

 

Вещество Пороговая концентрация

для собаки для человека

Уксусная кислота 2 · 105 5 ·1013

Масляная кислота 9 · 103 7 · 109

 

Температурная чувствительность определялась специальными исследованиями, в результате выявлено общее число точек холода на всей поверхности тела около 250 000, а теплоты только 30 000. Человек способен различать разницу температур до 0,2 °С. При этом диапазон воспринимаемых внутрикожных температур от + 10 до + 44,5 °С. При температуре t < 10 °С наступает холодовая блокада температурных волокон тактильной чувствительности (на этом основан один из способов обезболивания). При температуре t > 44,5 °С на смену ощущения «горячо» приходит — «больно». Это соответствует интенсивности теплового излучения 0,86 Вт/см2.

Тактильная чувствительность на различных  местах кожи развита неодинаково. Порог  раздражения самых чувствительных участков равен 50 мг, а в наименее чувствительных он достигает 10 г. Самая высокая чувствительность в области губ, носа, языка, наименьшая на спине, подошвах стопы, животе.

Чувствительность двигательного  анализатора определяют по некоторым косвенным признакам. Самым чувствительным является плечевой сустав. Для него порог восприятия смещения при скорости 0,3° в секунду составляет 0,22...0,42°. Наименее чувствительным оказался голеностопный сустав, у него порог составляет 1,15..Л,30°.

Органы чувств имеют различное  время реагирования к действию раздражителей: зрение—0,15...0,22 с; слух—0,12...0,18 с; вкус — 1,1 с; обоняние — 0,13...0,87 с; тактильная чувствительность — 0,15...0,8с.

Энергия воздействия раздражителя ограничена снизу порогом чувствительности, а сверху тоже есть ограничение, при этом рецепторы либо просто выключены, либо — это порог болевого ощущения.

Передача информации об избыточной энергии поступает в анализирующий блок в ЦНС или периферическую нервную систему со скоростью 130 м/с.

 

1.2. Нервная система

 

Между всеми системами организма  существуют взаимосвязи, и организм человека в функциональном отношении  представляет собой единое целое. Одной  из важнейших систем организма является нервная система, которая связывает  между собой различные системы  и части организма.

Нервная система имеет широкое  взаимодействие центральных и периферических образований, включая различные  анатомические структуры, комбинации гуморальных веществ (ферментов, белков, витаминов, микроэлементов и др.), объединенных взаимозависимостью и участием в приспособительных реакциях организма. Нервная система человека подразделяется на центральную нервную систему (ЦНС), включающую головной и спинной мозг, и периферическую, которую составляют нервные волокна и узлы, лежащие вне ЦНС;

Центральная нервная система представляет собой совокупность нервных клеток (нейронов) и отходящих от них  отростков. В этой совокупности клеточных  тел, находящихся в черепной коробке  и позвоночном канале, происходит переработка информации, которая  поступает по нервным волокнам и  исходит от них к исполнительным органам.

Периферическая нервная система (ПНС) осуществляет связь ЦНС с  кожей, мышцами и внутренними  органами. ПНС условно подразделяется на соматическую и вегетативную. Периферические нервные волокна, связывающие ЦНС с кожей* слизистыми оболочками, мышцами, сухожилиями и связками относятся к соматической нервной системе (СНС). Нервные волокна, связывающие ЦНС с внутренними органами, кровеносными сосудами, железами принадлежат к вегетативной нервной системе (ВНС). В отличие от соматической вегетативная система обладает определенной самостоятельностью и поэтому ее называют автономной. ВНС не подчиняется воле человека. Вегетативную нервную систему подразделяют на симпатическую и парасимпатическую, которые оказывают противоположное действие на органы. Например, симпатическая нервная система расширяет зрачок, вызывает учащение пульса и повышение кровяного давления, парасимпатическая система суживает зрачок, замедляет пульс, снижает кровяное давление.

Нервная система функционирует  по принципу рефлекса. Рефлексом называют любую ответную реакцию организма на изменения во внешнем мире или внутренней среде и осуществляющуюся с участием нервной системы. Путь нервного импульса от рецептора через ЦНС до исполнительного органа называют рефлекторной дугой.

В случаях экстремального воздействия  на организм опасных и вредных  факторов нервная система формирует  защитно-приспособительные реакции, определяет соотношение воздействующего  и защитного эффектов.

 

1.3. Гомеостаз и адаптация

 

Человек постоянно приспосабливается  к изменяющимся условиям окружающей среды благодаря гомеостазу — универсальному свойству сохранять и поддерживать стабильность работы различных систем организма в ответ на воздействия, нарушающие эту стабильность.

Гомеостаз — относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Любые физиологические, физические, химические или эмоциональные воздействия, будь то температура воздуха, изменение атмосферного давления или волнение, радость, печаль могут быть поводом к выходу организма из состояния динамического равновесия. Автоматически, при помощи гуморальных и нервных механизмов регуляции осуществляется саморегуляция физиологических функций, обеспечивающая поддержание жизнедеятельности организма на постоянном уровне. Гуморальная регуляция осуществляется через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделяемых клетками или определенными тканями и органами (гормонов, ферментов и т. д.). Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов со скоростью до 80... 120 м/с в виде нервных импульсов, поступающих к объекту регуляции. Важным свойством живого организма, влияющим на эффективность механизмов регуляции, является реактивность.

Реактивность — способность  организма отвечать (реагировать) изменениями обмена веществ и функций на раздражители внешней и внутренней среды.

Компенсация изменений факторов среды  обитания оказывается возможной  благодаря активации систем, ответственных  за адаптацию (приспособление).

Гомеостаз и адаптация — два  конечных результата, организующих функциональные системы. Вмешательство внешних  факторов в состояние гомеостаза приводит к адаптивной перестройке организма, в результате которой одна или несколько функциональных систем компенсируют возможные нарушения и восстанавливают равновесие. Вначале происходит мобилизация функциональной системы, чувствительной к данному раздражителю, затем на фоне некоторого снижения резервных возможностей организма включается система специфической адаптации и обеспечивает необходимое повышение функциональной активности организма. В безвыходных ситуациях, когда раздражитель чрезмерно силен, эффективная адаптация не формируется и сохраняется нарушение гомеостаза. Вызываемый этими нарушениями стресс достигает чрезвычайной интенсивности и длительности, в такой ситуации возможно развитие заболеваний.

В процессе трудовой деятельности человек  расплачивается за адаптацию к производственным факторам. Расплата за эффективный труд или оптимальный результат трудовой деятельности носит название «цена адаптации», причем нередко расплата формируется в виде перенапряжения или длительного снижения функциональной активности механизмов нервной регуляции как наиболее легко ранимых>и ответственных за постоянство внутренней среды.

Таким образом, защитные приспособительные  реакции имеют три стадии:

— нормальная физиологическая реакция (гомеостаз);

— нормальные адаптационные изменения;

— патофизиологические адаптационные  изменения (развитие заболевания).

 

1.4. Естественные системы  защиты организма

 

В организме человека функционирует  ряд естественных защитно-приспособительных  систем, обеспечивающих его безопасность, сохранение постоянства внутренней среды и адаптацию к условиям существования. К ним относятся некоторые органы чувств: глаза, уши, нос; костно-мышечная система; кожа; кровь, система иммунной защиты; боль, а также защитно-приспособительные реакции, такие как воспаление и лихорадка. Например, глаза имеют веки —две кожно-мышечные складки, закрывающие глазное яблоко при смыкании. Веки защищают глаза, рефлекторно предохраняя орган зрения от чрезмерного светового потока и механического повреждения, способствуют увлажнению их поверхности и удалению со слезой инородных тел. Уши при чрезмерно громких звуках обеспечивают защитную реакцию: две самые маленькие мышцы нашего среднего уха резко сокращаются и три самые маленькие косточки (молоточек, наковальня и стремечко) перестают колебаться совсем, наступает блокировка, и система косточек не пропускает во внутреннее ухо чрезмерно сильных звуковых колебаний. Скрытый период возникновения акустического рефлекса приблизительно равен 10 мс.