Розподіл атмосфери на шари

1. Біосфера, її коротка характеристика.

2. Межі поширення біосфери на планеті.

3. Компоненти біосфери.

4. Поняття про ноосферу.

5. Місце й роль атмосфери у біосфері.

6. Гідросфера як складова біосфери.

7. Літосфера та її роль у біосфері.

1.2. Людина й біосфера

Особливе місце в біосфері посідає людина, розумна діяльність якої в масштабах біосфери сприяє перетворенню останньої в но­осферу. На цьому етапі еволюція біосфери проходить під визначальним впливом людської свідомості в процесі виробничої діяльності. Ноосфера — це не щось зовнішнє по відношенню до біосфери, а новий етап у її розвитку, сутність якого полягає в розум­ному регулюванні відносин людини й природи. Важлива роль у цьому регулюванні належить екології.

Екологія — це наука, що вивчає закономірності взаємодії організмів і середовища їх існування, закони розвитку й здійснення біогеоценозів як комплексів взаємодіючих живих і неживих компонентів у різних частинах біосфери. Екологічні закономірності виявляються на рівні особи, популяції особистостей, біоценозу, біогеоценозу. Отже, предметом екології є фізіологія й поводження окремих організмів у природних умовах, народжуваність, смер­тність, міграції, внутрішньовидові та міжвидові відносини, потоки енергії та кругообіг речовин.

Одним з найважливіших понять екології є середовище існування. Середовище — це сукупність факторів та елементів, що впливають на організм у місці, де він перебуває.

Екологічний фактор — це елемент середовища, що здійснює безпосередній вплив на живий організм, принаймні на одній зі стадій його індивідуального розвитку. Усі екологічні фактори умовно поділяють на біотичні, абіотичні та антропогенні. Біотичні фактори — це всі можливі впливи, яких зазнає живий організм з боку оточуючих його живих істот. Абіотичні — це всі елементи неживої природи, що впливають на організм (температура, світло, вологість, склад повітря та води, ґрунту тощо). Антропогенні — це фактори, пов’язані з впливом людини на природне середовище. Відповідно до іншої класифікації, розрізняють первинні й вторинні періодичні й неперіодичні фактори. До первин­них належать температура, зміни положення Землі щодо Сонця, завдяки яким в еволюції виникла добова, сезонна, річна періодич­ність багатьох біологічних процесів. Вторинні періодичні фактори є похідними первинних, наприклад, рівень вологості залежить від температури, тому в холодних місцях планети повітря містить менше водяної пари; неперіодичні фактори діють на організм чи популяцію раптово, епізодично. До них належать стихійні сили природи — виверження вулканів, ураган, удар блискавки, повінь тощо.

Будь-яка особина, популяція, співтовариство зазнають дії багатьох факторів, але лише деякі з них є життєво важливими. Такі фактори називають лімітуючими, чи обмежуючими. Відсутність цих факторів або якщо їх концентрація вища чи нижча критичних рівнів, робить неможливим освоєння середовища особинами певного виду. З огляду на це, для кожного біологічного виду існує оптимум фактора (величина, найбільш сприятлива для розвитку й існування) і границі витривалості. Види, що переживають значні відхилення факторів від оптимальної величини, називаються широко пристосованими, чи евритопними. Види, які здатні пережити лише незначні відхилення екологічних факторів від оптимальної величини, називають вузько пристосованими, чи стенотопни­ми. Здатність видів освоювати різні середовища існування характеризується величиною екологічної валентності. Для більшості видів екологічний оптимум обмежений. Збереження належного рівня біологічної активності, незважаючи на коливання інтенсивності екологічних факторів, забезпечується гомеостатичними механізмами на рівні особин або популяції.

Як зазначалось, екологічні закономірності проглядаються на рівні особин, популяції особин, біоценозу, біогеоценозу.

Біогеоценоз — це історично сформоване динамічне, стійке співтовариство рослин, тварин, мікроорганізмів, що перебуває в постійній взаємодії й безпосередньому контакті з компонентами атмосфери, гідросфери та літосфери. Біогеоценоз складається з біотичної (біоценоз) частини й абіотичної (екотоп), що пов’язані безупинним обміном речовин і є відкритою системою.

Основною функцією біогеоценозу є забезпечення кругообігу речовин і потоків енергії.

Біотична частина біогеоценозу представлена біоценозом. Будь-який біоценоз є самопідтримуючим, він саморегулює сукуп­ність живих організмів, що складається з певного комплексу видів. Організми в біоценозі утворюють співтовариства, що тісно залежать одне від одного, найчастіше на основі харчових зв’язків як засобу отримання енергії для життя.

В основі харчових (трофічних) зв’язків лежить наявність двох основних типів харчування.

Аутотрофи отримують необхідні для життя хімічні речовини з довкілля й за допомогою сонячної енергії перетворюють їх в органічну речовину.

Гетеротрофи розкладають органічну речовину на вуглекислий газ, воду, мінеральні солі і повертають їх у навколишнє середовище. У такий спосіб забезпечується кругообіг речовин, що виник у процесі еволюції як необхідна умова існування життя. При цьому світлова енергія Сонця трансформується організмами в інші форми енергії — хімічну, механічну, теплову. Частина енергії Сонця розсіюється. Діяльність і взаємодія всіх живих істот у природі засновані на односторонньо спрямованому потоці енергії й кругообігу речовин.

Сукупність живих організмів (біоценоз) разом з його фізичним середовищем існування, що складається з неорганічних речовин (біотоп), називається екосистемою. Біогеоценоз є елементарною природною екосистемою. Сукупність усіх екосистем Землі називають біосферою.

У структурі будь-якого біогеоценозу виокремлюють такі обов’­язкові компоненти:

¾ абіотичні речовини середовища;

¾ аутотрофні організми — продуценти біотичних органічних речовин;

¾ гетеротрофні організми — консументи (споживачі) готових органічних речовин першого й наступних порядків (рослиноїдні та м’ясоїдні тварини);

¾ детритоядні організми — деструктори, що перетворюють ор­ганічну речовину на прості мінеральні з’єднання (мікроорганізми).

Важлива роль у біогеоценозі належить ланцюгам харчування, що становлять трофічну структуру, завдяки якій здійснюються перенесення енергії та кругообіг речовин. Первинним джерелом енергії в ланцюзі харчування є сонячне випромінювання, потужність енергії якого становить 4, 6× 10²⁶ Дж/с. Поверхні Землі досягає 1/2 000 000 частина цієї енергії, з якої близько 1—2 % асимілюють рослини. Майже 30—70 % поглиненої ними енергії йде на забезпечення їх життєдіяльності й синтезу органічних речовин. Енергія, накопичена в рослинній біомасі, — це чиста первинна продукція біогеоценозу. Фітобіомасу використовують як джерело енергії й матеріалу для створення біомаси споживання першого порядку й далі по харчовому ланцюгу. Звичайно, продуктивність наступного трофічного рівня становить не більш як 5—20 % попереднього. Загалом, якщо сумарна біомаса всіх організмів, які живуть на суші, становить приблизно 3× 10¹² тонн, то на зообіомасу припадає лише 1—3 % цієї кількості, а на масу живої речовини, що належить людям, — близько 0, 0002 % сумарної маси живої речовини планети. Це пов’язане з тим, що обсяг енергії, необхідної для забезпечення життєдіяльності, збільшується з підвищенням рівня морфофункціональної організації. Прогресивне зниження асимільованої енергії в ланцюгах харчування відбивається на структурі екологічних пірамід. Бо навіть найбільш продуктивні сукупності живих організмів у реакціях фотосинтезу використовують лише 1—2 % сонячної енергії, а цього недостатньо для того, щоб прогодувати людство, чисельність якого постійно зростає.

Відносно мала біомаса й висока первинна продуктивність властиві агробіоценозам, й це є економічно вигідними. Однак без постійної уваги та захисту з боку людини вони швидко змінюються малопродуктивними природними біогеоценозами.

Первинною ареною розвитку живої речовини на Землі була протобосфера, що охоплювала поверхневі шари гідросфери та частину літосфери.

У процесі еволюції поверхня Землі набула сучасного біогеохімічного вигляду.

Одним з найважливіших результатів дії природних факторів на людину як біологічний вид упродовж історії людства, тобто його еволюції, є екологічна диференціація населення земної кулі, розподіл його на адаптивні типи.

Адаптивний тип є нормою біологічної реакції на умови існування, що зумовлює найкращу пристосованість до оточуючого середовища. Розрізняють такі адаптивні типи: помірного поясу, арктичний, тропічний та гірський.

Значна кількість населення помірного поясу проживає в промислово розвинутих країнах з великою часткою міського населення, й виявити біологічні механізми адаптації в них доволі складно. Арктичному типу властивий сильний розвиток кістково-м’язового апарата, великі розміри грудної клітки, високий рівень гемоглобіну у крові, великий простір, який займає кістковий мозок, підвищена здатність окислювати жири, стійкі процеси обміну в умовах переохолодження та терморегуляції. У місцевих жителів півночі температура тіла може істотно знижуватися, проте обмін речовин при цьому майже не уповільнюється. У людей, які народилися в інших зонах, температура шкіри не знижується, але у них з’являється сильне тремтіння через посилення обміну речовин і збільшення втрати тепла через шкіру.

Тропічний регіон відрізняється екстремальною кількістю тепла й вологи, тому тропічний адаптивний тип людини формувався під впливом жаркого клімату, раціону з низьким вмістом тваринного білка, великої різноманітності екологічних умов від району до району. Тут спостерігається найбільша розмаїтість груп населення в расовому, етнічному й економічному сенсі. Саме тут живуть найнизькоросліші й найвищі люди. Характерними ознаками тропічного типу є подовжена форма тіла, знижена м’язова маса, зменшений обсяг грудної клітки, велика кількість потових залоз, низький обмін речовин тощо.

Високогір’я характеризується низьким атмосферним тиском і температурою, одноманітністю їжі. Тому у гірського адаптивного типу людей підвищений основний обмін, збільшена кількість еритроцитів і гемоглобіну у крові, розширена грудна клітка.

Отже, у різних зонах земної кулі формувалися людські популяції, генофонди, які краще відповідають місцевим умовам, ніж генофонд виду загалом. Наявність різних адаптивних типів свідчить про значну екологічну мінливість людини, що зумовило по­ширення людей на земній кулі. Індивідуальні й групові адаптації людини, на відміну від біологічної адаптації рослин і тварин, забезпечують, поряд з виживанням і відтворенням потомства, виконання соціальних функцій, найважливішою з яких є продуктив­на праця. Заходи, спрямовані на оптимізацію умов життя й трудової діяльності, передбачають створення сприятливих і безпечних умов праці, благоустрій житла, виготовлення одягу, організацію харчування й водопостачання, раціональний режим праці й відпочинку. Однак не слід забувати про те, що в основі всіх форм адаптації лежать біологічні механізми, саме це необхідно враховувати під час міграції людей в інші кліматичні зони. Відбувається так звана акліматизація людей до нових умов існування. Критерієм акліматизації для тварин і рослин є виживання, для людей — відновлення високого рівня працездатності. Під час акліматизації в організмі людини відбуваються досить складні фізіологічні зрушення — перебудова обміну речовин, процесів терморегуляції, дихання, кровообігу тощо. Наприклад, у акліматизованих на півночі людей на холоді тепловий потік з рук зростає на 40 %, тоді як з грудей — на 19 %. Тому завдяки високій температурі зберігається належна працездатність верхніх кінцівок. На людські популяції значно впливають соціальні фактори. Результатом їх дії є закономірні зміни в історичному розвитку суспільства, господарсько-культурних типів людських спільнот, що утворюються в тих чи тих природно-ресурсних умовах.

Нині у промислово розвинутих країнах у зв’язку з науково-технічним прогресом склалися господарсько-культурні типи з високорозвинутим товарним землеробством і тваринництвом.

Лише в деяких регіонах ще зберігається, наприклад, «прихоплюючий» тип, що віддає перевагу полюванню, рибальству, збиранню (пігмеї-мисливці в Заїрі, племена аета, кубу в лісах Південно-Східної Азії, індіанці в басейні Амазонки).

Про сутність теорії єдності організму людини й навколишнього середовища говорив І. М. Сєченов, зауваживши, що життєдіяльність організму людини без зовнішнього середовища, що підтримує її, неможлива.

Антропоекологічні системи — це людські спільноти, які динамічно взаємозв’язані із середовищем і використовують ці зв’яз­ки для задоволення своїх потреб. Антропоекологічні системи роз­різняють залежно від чисельності й характеру організації людсь­ких популяцій. Велике значення у визначенні розміру зазначених систем мають природні умови. Найчисленніші сучасні людські популяції (близько 80 %) живуть на 44 % суші в тропічних лісах, саванах, а також у зоні помірного поясу з чагарниковою рослинністю й змішаними лісами. На посушливих землях, у пустелях на 18 % суші розміщено 4 % населення. У різних умовах існування людина займає неоднакові екологічні ніші. Екологічна ніша — сукупність усіх факторів і ресурсів навколишнього середовища, у межах якої може існувати вид. Антропоекологічні системи відріз­няються від природних екосистем наявністю в їх складі людських спільнот, яким належить домінуюча роль у розвитку всієї систе­ми. Людина в середовищі існування є об’єктом впливу екологічних факторів й сама є основним екологічним фактором. Важливою особливістю людини як екологічного фактора є усвідомлений, цілеспрямований і масовий вплив на природу. Енергозабез­печеність, технічна озброєність людей створює передумови для заселення будь-яких екологічних ніш. Людство — єдиний вид, який має всесвітнє поширення, що перетворює його в екологічний фактор з глобальним впливом.

Завдяки впливу на головні компоненти біосфери, діяльність людства поширюється у найвіддаленіші зони планети. Наприк­лад, ДДТ (у народі — дуст) був виявлений у печінці тюленів і дельфінів, виловлених в Антарктиді, де жоден інсектицид ніколи не застосовувався. Це пояснюється здатністю живих організмів до біоакумуляції, тобто нагромадження в тканинах речовин, що надходять з довкілля. Різні організми мають певний коефіцієнт біоакумуляції. Коефіцієнт біоакумуляції — це відношення концентрації речовини в організмі до концентрації його в навколишньому середовищі. Він становить величину, що дорівнює: для рослин — 0, 1; комах — 0, 3; хробаків — 70; гризунів — до 100; креветок — 1000; устриць — 10 000; риб — 100 000, Так, у озерах США виявлено ДДТ у зоопланктоні в кількості 5 мг/кг, у дрібних рибах — до 10 мг/кг, у великих рибах — до 200 мг/кг. У організмі птахів, що харчуються рибою, кількість ДДТ становила 2500 мг/кг, що призводило до їх загибелі.

Питання для контролю

1. Біогеоценоз, його характеристика й компоненти.

2. Адаптивні типи людини.

3. «Прихоплюючий» тип людей.

4. Антропоекологічні системи та здоров’я людей.

5. Енергозбереженність і технічна озброєність — передумови заселення екологічних ніш.

6. Природні явища — джерела негативних факторів.

7. Джерела негативних факторів побутового походження.

8. Біоакумуляція та її кількісна характеристика. Вплив біоакумуляції на проникнення радіоактивних речовин в організм людини.

1.3. Анатомо-фізіологічні механізми
безпеки й захисту людини від впливів
негативно діючих факторів

У процесі еволюції в організмі людини сформувалися механіз­ми, що забезпечують його пристосування до різних умов життя, а також стабілізацію активності органів і систем у певних функціональних діапазонах. Можливості організму реагувати на зовнішні та внутрішні подразники доволі обмежені, але комбінація різних реакцій розширяє можливості організму під час його взаємодії з довкіллям.

На організм людини негативно впливають різні фактори зовнішнього середовища — фізичні, хімічні, біологічні й психофізіо­логічні. Ступінь їх шкідливості відносний і залежить від супутніх умов і стану зовнішнього та внутрішнього середовища організму. Вплив усіх цих факторів здійснюється в конкретних соціальних умовах існування, що нерідко мають вирішальне значення в забезпеченні нормальних умов життєдіяльності.

Здатність організму реагувати на вплив факторів оточуючого середовища називають реактивністю.

Реактивність забезпечується захисно-компенсаторними системами й механізмами, у функціонуванні яких вирішальна роль належить нервовій системі. У процесі становлення людини нервова система стала провідною, вона підтримує цілісність організ­му, його єдність з довкіллям, забезпечує збереження сталості внутрішнього середовища, будови, функцій.

Нервова система виконує такі найважливіші функції:

¾ здійснює взаємодію організму з навколишнім середовищем, забезпечуючи його пристосування до мінливих умов існування, що постійно змінюються;

¾ поєднує органи й системи тіла в єдине ціле та погоджує їх діяльність;

¾ на вищому етапі розвитку нервова система сприяє здійсненню психічної діяльності на основі фізіологічних процесів відчуття, сприйняття й мислення.

Нервову систему умовно поділяють на: соматичну, що керує мускулатурою кістяка й деяких внутрішніх органів (гортань, глот­ка), й вегетативну — іннервуючу (що за допомогою нервів здійснює зв’язок органів і тканин з центральною нервовою системою) м’язи, шкіру, судини.

Цей поділ доволі умовний, адже вегетативна нервова система іннервує всі органи, а також визначає тонус мускулатури кістяка.

Нервову систему за топографічним принципом поділяють на центральний і периферичний відділи. Під центральною нервовою системою розуміють спинний і головний мозок, під периферичною — нервові корінці, вузли, сплетення, нерви та нервові периферичні закінчення. Як у центральній, так і в периферичних відділах нервової системи є елементи соматичної та вегетативної частин, завдяки чому досягається її єдність.

Спинний і головний мозок — це скупчення нервових клітин разом з найближчими розгалуженнями їх відростків. Нервові клітини існують також у вигляді вузлів і поза центральною частиною нервової системи (спинномозкові вузли, вузли черепно-мозкових нервів, численні вузли вегетативної нервової системи). Нерви — це скупчення нервових волокон (відростків), які йдуть від вузлів нервових кліток спинного та головного мозку. Вони здійснюють зв’язок між центральною нервовою системою та окремими органами й клітинами організму. Нерви, що передають імпульси збудження з центральної нервової системи до робочих органів, називають спадними, відцентровими, чи руховими. Нерви, що передають імпульси збудження від різних органів і ділянок тіла до головного та спинного мозку, називають висхідними, або доцен­тровими, чи чутливими. Найчастіше нерви бувають змішаними, у їх складі є як чуттєві, так і рухові волокна. Рухові нерви закінчуються руховими закінченнями — ефекторами, чутливі нерви — чутливими закінченнями — рецепторами.

Рецептори — нервові клітин, що мають вибіркову чутливість до впливу зазначених факторів. Рецептори бувають у вигляді простих нервових закінчень, мають форму волосків, пластинок, колбочок, паличок, кульок, спіралей, шайбочок. Частина рецепторів сприймає фактори навколишнього середовища. Це — екстерорецептори. Решта — сприймає зміни внутрішнього середовища організму. Їх називають інтерорецепторами. Наприклад, фоторецептори, розташовані в сітківці ока, сприймають електромагнітні хвилі видимого діапазону. Фонорецептори вуха реагують на механічні коливання повітря опосередковано через системи внутрішнього вуха. Тактильні рецептори — це рецептори дотику. Баро- й осморецептори судин відчувають зміни гідростатичного й осмотич­ного тиску крові. Рецептори вестибулярного апарата сприймають зміни положення голови й тіла щодо вектора гравітації. Проприорецептори м’язів і сухожиль реагують на зміну напруження м’язів і положення частин тіла відносно один одного. Хеморецептори чут­ливі до впливу хімічних речовин, глюкорецептори сприймають зміни рівня цукру в крові. Терморецептори реагують на коливання температури. Больові рецептори реагують на дію, що травмує — механічну, хімічну, температурну тощо.

Основними властивостями нервових волокон є збудливість і провідність, тобто можливість проводити збудження. Подразнення рецепторів трансформується в них у нервові імпульси — хвилі збудження. Збудження супроводжується виникненням біострумів.

Передача імпульсів збудження по волокнах можлива тільки у разі анатомічної цілісності й нормального фізіологічного стану нерва. Наприклад, розрив (унаслідок поранення) рухового нерва, що йде до м’язів, призводить до паралічу м’язів або втрати чутливості, якщо пошкоджено чуттєвий нерв. Імпульс збудження також не передається у разі здавлювання, припинення кровопостачання, сильного охолодження, отруєння хімічними елементами. До порушення провідності у нервах можуть призвести й деякі медичні препарати, наприклад анестезуючі, що використовуються в медичній практиці для місцевого знеболювання.

Проведення збудження здійснюється ізольовано через одне нервове волокно й не переходить на інші (сусідні). Швидкість проведення збудження нервовим волокном у людини коливатиметься від десятків до сотень метрів за секунду. Імпульс збудження може поширюватися в двох напрямках — доцентровому й відцентровому (двостороння провідність), на відміну від нейронів, через які нервове збудження проводиться тільки в одному напрямку.

Функції нервової системи здійснюються завдяки такому механізму, як рефлексі.

Рефлекс — це реакція організму на подразнення, що надходить із зовнішнього чи внутрішнього середовища, здійснювана за посередництвом центральної нервової системи. В основі будь-якого рефлексу лежить діяльність системи з’єднаних один з одним нейронів, що утворюють так звану рефлекторну дугу (на рис. 1.1).

Найпростіша рефлекторна дуга складається з двох нейронів: один з них зв’язаний з будь-якою чутливою поверхнею, наприклад, зі шкірою, а другий — з м’язами чи залозами. У разі подразнення чутливої поверхні збудження рухається зв’язаним з нею нейроном до рефлекторного центру, де знаходиться з’єднання, — синапс обох нейронів. Тут збудження переходить на інший нейрон і йде вже відцентрово до м’язів або залози.

Рис. 1.1. Схема рефлекторної дуги:

1 — шкіра, 2 — кістяковий м’яз, 3 — чуттєвий нерв, 4 — руховий нерв,
5 — спинний мозок — місце перенесення збудження на руховий нерв

Незрідка до складу рефлекторної дуги входить третій, вставний нейрон, що є місцем передачі збудження з чуттєвого нерва на руховий. Крім простих тринейронних рефлекторних дуг є й багатонейронні, що проходять через різні рівні головного мозку, зокрема й кору. Рефлекторна дуга має складну будову. Виокремлюють три її головних елементи:

¾ рецептор, що трансформує енергію подразнення в нервовий процес, зв’язаний з аферентним нейроном;

¾ центральна нервова система (різні її рівні від спинного до головного мозку), де збудження перетворюється на відповідну реакцію й переключається з доцентрових на відцентрові волокна;

¾ аферентний нейрон, що відповідає на подразнення.

Обов’язковою умовою реакції рефлексу є цілісність усіх елементів рефлекторної дуги.

Відкриття закономірностей системної організації цілеспрямованих поведінкових актів організму дало змогу встановити, що поведінковий акт здійснюється не тільки за принципом рефлексу, а й саморегуляції, що забезпечується функціональними системами.

Функціональні системи — це одиниці цілісної діяльності організму, що є динамічними саморегулюючими організаціями, які формуються на метаболічній (від слова метаболізм — обмін) основі під впливом чинників навколишнього, а у людини — переду­сім соціального середовища.

На відміну від рефлексу, що є реакцією організму на той чи той подразник, функціональні системи не тільки реагують на зовнішні стимули, а й за принципом зворотного зв’язку відповідають на різні зрушення контрольованого ними кінцевого результату; у функціональних системах формуються випереджальні реакції, у них звіряється досягнутий результат з поточними потребами організму.

Кожна функціональна система за допомогою нервової й гуморальної регуляції вибірково поєднує різні органи й тканини для забезпечення необхідних організму результатів.

Різні функціональні системи для отримання специфічних результатів діяльності поєднують ті самі органи й тканини, що призводить до витрат традиційного органічного принципу побудови фізіологічних функцій.

Згідно з теорією професора П. К. Анохіна, будь-яка функціональна система має єдину типову організацію й містить такі загальні універсальні периферичні й центральні вузлові механізми:

¾ корисний пристосувальний результат як провідна ланка функціональної системи;

¾ рецептори результату;

¾ зворотна аферентація, що йде від рецептора результату до центральних утворень функціональних систем;

¾ центральна архітектура — це вибіркове об’єднання функціо­нальних систем нервових елементів різних рівнів;

¾ виконавчі соматичні, вегетативні й ендокринні компоненти, що включають організовану цілеспрямовану поведінку.

Взаємодія різних функціональних систем у цілісному організмі здійснюється на основі принципів їх ієрархії й мультипараметричної взаємодії результатів діяльності окремих функціональних систем.

Сутність принципу ієрархії полягає в тому, що в кожну конкретну мить діяльність організму забезпечується домінуючою щодо виживання адаптації функціональної системи до оточуючого середовища.

Подібні функціональні системи вибудовуються в ієрархічному порядку стосовно домінуючого в певний момент, й кожна з них буде посідати місце домінуючої функціональної системи відповід­но до їх соціальної й біологічної значущості для людини. Зміна домінуючої функціональної системи й ієрархічний порядок їх вибудовування — це невпинний процес, що відбиває сутність безперервного обміну речовин і постійної взаємодії організму з оточуючим його середовищем.

Принцип мультипараметричної взаємодії різних функціональних систем полягає в їх спільному функціонуванні. Зміна одного показника як результату діяльності певної функціональної системи негайно позначається на показниках діяльності інших функціональних систем. Так, фізичне навантаження зумовлює зміну у функціональних системах підтримки оптимальних величин показ­ників кровообігу, дихання, терморегуляції тощо.

Цілісний організм — це злагоджена взаємодія різних функціональних систем і збудження, а «розбалансування» цієї взаємодії призводить до хвороби й загибелі організму.

Функціональні системи, на відміну від рефлексу (рефлекторної дуги), що є складовою частиною системної організації, мають замкнуту саморегулюючу динамічну організацію й їх діяльність спрямована на забезпечення необхідних організмові пристосувальних реакцій.

Розглянемо функціонування центральної нервової системи.

Спинний мозок розташований у спинномозковому каналі. Це довгий тяж майже циліндричної форми, який угорі закінчується на рівні великого потиличного отвору, унизу — на рівні другого поперекового хребця. На місці розгалуження нервів до верхніх і нижніх кінцівок є два потовщення — шийне її поперекове. Середня довжина спинного мозку у чоловіків становить 45 см, у жінок — 41—42 см; маса його досягає 34—38 г.

Рефлекси, що здійснюються спинним мозком, протікають по тринейронній рефлекторній дузі. Нервові волокна групуються у висхідні та спадні шляхи, що з’єднують різні ділянки спинного мозку один з одним, а також спинний мозок з головним.

Спинний мозок виконує рефлекторну й провідникову функції. Рефлекторна діяльність спинного мозку різноманітна й здійснюється кожним її сегментом. У шийних сегментах розташовані центри рефлекторних рухів діафрагми, шийних м’язів, м’язів плечового пояса та верхніх кінцівок; у грудних сегментах — центри м’язів тулуба; у поперекових і крижових — центри м’язів стегнової області та нижніх кінцівок.

У грудному й поперековому відділах спеціальні нейрони утворюють центри потовиділення й судинно-рухомі системи; у крижовому відділі — центри сечовипускання, дефекації, діяльності статевих органів.

У разі ушкодження спинного мозку внаслідок поранення, здав­лювання чи розриву виникають збудження зазначених вище функ­цій відповідно до іннервуючих ділянок тіла — паралічі, випадіння рефлексів, згасання провідності тощо. Сильне ушкодження спинного мозку може призвести до смерті через так званий респіраторний шок. Рефлекторна діяльність спинного мозку контролюється корою великих півкуль та інших відділів головного мозку, унаслідок чого стає можливим довільне регулювання деяких функцій організму (сечовипускання, дефекація тощо.)

Крім рефлекторної, спинний мозок виконує провідникову функ­цію. Імпульси надходять до спинного мозку з периферії й висхідними шляхами передаються до головного мозку. Спадними шляхами імпульси від головного мозку йдуть до кінцевих аферентних нейронів спинного мозку.

Головний мозок розташований у черепній коробці, маса мозку дорослої людини становить 1400—1450 г.

У головному мозку є п’ять відділів: кінцевий мозок, або великі півкулі; проміжний мозок (гіпоталамус), що складається із зорових бугрів, колінчастих тіл і підбугрової ділянки; середній мозок, що складається з чотиригорбкового тіла і ніжок мозку; задній мозок, до якого належать мозочок і міст мозку; довгастий мозок.

У довгастому мозку знаходяться центри багатьох рефлексів. Через висхідні шляхи спинного мозку довгастий мозок одержує імпульси від усіх рецепторів тулуба і кінцівок. У ньому знаходяться життєво важливі центри, що здійснюють рефлекторну дію: автоматично працюючий дихальний центр, центр серцевої діяльності, судинно-рухомий центр, центр регуляції обміну речовин. Через довгастий мозок здійснюються також захисні рефлекси (кліпання, сльозовиділення, кашель тощо), рефлекси ковтання, виділення шлункового соку. Крім рефлекторної функції, довгастий мозок виконує важливу провідникову функцію, через нього проходять так звані шляхи, що з’єднують центри великих півкуль, мозочка й проміжного мозку зі спинним.

Таким чином, довгастий мозок відіграє величезну роль у житті організму. Навіть незначне його ушкодження часто призводить до смерті внаслідок припинення дихання й зупинки серця.

Функції мозочка складні: до нього надходять імпульси з рецепторів м’язів, сухожиль, зв’язкового та вестибулярного апаратів, від кори великих півкуль; він бере участь у регуляції рухової діяльності організму та вегетативних функцій.

Середній мозок складається з двох ніжок мозку й пластинки чотиригорбкового тіла середнього мозку. До чотиригорбкового тіла надходять сигнали від сітківки очей, тут здійснюється орієнтовний рефлекс на звук. У середньому мозку відбувається регуляція м’язового тонусу й рефлексів, що забезпечують правильне положення тіла в просторі. Між проміжним мозком і корою великих півкуль існують зв’язки, які лежать в основі виникнення умовних рефлексів. У проміжному мозку здійснюються реакції емоційного забарвлення поведінки людини.

Через гіпофіз проміжний мозок впливає на діяльність залоз внутрішньої секреції.

Кінцевий мозок складається з великих півкуль. До складу кож­ної півкулі входять: кора, підкірка, нюховий мозок, розташований в основі лобної частки.

Кора великих півкуль — це вищий відділ центральної нервової системи, що з’явився в процесі еволюції пізніше за інші відділи мозку й пізніше формується в процесі індивідуального розвит­ку людини. Кора складається із шару сірої речовини завтовшки 2—3 мм і містить близько 14 млрд нервових клітин. Завдяки численним борознам і звивинам поверхня кори має площу у 2 м². Для кори головного мозку характерна велика швидкість обміну речовин і високий рівень окисних процесів. За відносно невеликої ваги (2 % усієї ваги тіла) кора споживає близько 18 % кисню, що надходить до організму. Коркові клітини чутливі до зміни сталості внутрішнього середовища, особливо до вмісту кисню у крові, тому навіть короткочасне припинення кровообігу (на кілька секунд) призводить до втрати свідомості, а через 5—6 хв після знекровлювання мозок гине.

Однією з найважливіших функцій кори великих півкуль є аналітична. Вона розглядається як складна система коркових закінчень аналізаторів, у яких здійснюється аналіз сигналів від усіх рецепторів тіла й синтез відповідних реакцій у біологічно доцільний акт. У зв’язку з цим кора великих півкуль є вищим органом координації рефлекторної діяльності.

Завдяки здатності виробляти тимчасові зв’язки, кора великих півкуль є органом набуття та нагромадження індивідуального життєвого досвіду. Процеси, що протікають у корі, є фізіологічною основою свідомості, сприйняття, пам’яті, мислення, волі. У зв’язку з цим кора великих півкуль є органом свідомості й довільних дій людини.

Аналізатори — це функціональні системи, що забезпечують аналіз (розрізнення) подразників, що діють на організм. Аналізатори — дуже складні системи, проте в їх структурі можна виділити такі ланки:

¾ периферичний відділ — рецептори, що сприймають подраз­нення. Вони розташовані переважно в органах чуттів;

¾ провідниковий відділ — нервові шляхи, якими імпульс збуд­ження передається до кори великих півкуль головного мозку;

¾ центральний відділ — ділянка кори головного мозку, що перетворює отримане подразнення на певне відчуття.

Діяльність кори великих півкуль, як і інших відділів нервової системи, має рефлекторний характер.

Безумовні рефлекси — це успадковані від предків, уроджені рефлекторні реакції, набуті в процесі еволюційного розвитку. Їх називають інстинктами й вони протікають по рефлекторній дузі. Основними безумовними рефлексами є смоктальний, харчовий, оборонний, статевий. Безумовні рефлекси, що виникають під час дії подразників зовнішнього та внутрішнього середовища, мають величезне значення в регуляції таких функцій, як кровообіг, дихання, травлення, обмін речовин, виділення, терморегуляція тощо, але їх недостатньо для того, щоб забезпечити пристосування організму до умов оточуючого середовища, що постійно змінюється.

Умовні рефлекси — це індивідуально набуті в процесі життєдіяльності реакції, що сприяють і забезпечують пристосування організму до оточуючого середовища. Умовні рефлекси мають тимчасовий характер, вони можуть зникати у разі непідкріплення й знову з’являтись у відповідь на нові подразники.

Поняття про умовні рефлекси лежать в основі теорії про першу й другу сигнальні системи. Сигналами називають усі подразники (звук, світло, тиск, хімічні речовини тощо), що впливають на рецептори й викликають ті чи ті рефлекси. Діяльність кори, зв’язану зі сприйняттям безпосередніх подразників або сигналів із зовнішнього світу, називають першою сигнальною системою. Ця система є як у тварин, так і у людей.

Але пусковим механізмом рефлексів у людини можуть бути не лише предмети та явища, а й їх мовні позначення, символи явищ. Діяльність кори, пов’язану з мовою, називають другою сиг­нальною системою.

Сигнали першої сигнальної системи є конкретними, стосуються тільки певного подразника, що безпосередньо впливає на конкретні органи чуттів. Особливістю другої сигнальної системи є відволікання й узагальнення подразників першої сигнальної системи. Друга сигнальна система є всеосяжною, здатною узагальнити й замінити всі подразники першої сигнальної системи, вона є фізіологічною основою мови та мислення людини.

Важливу роль у пристосуванні організму до умов середовища відіграє вегетативна нервова система. Це відділ нервової системи, що регулює функції всіх органів, серцево-судинної системи, обмін речовин. Вегетативна нервова система поділяється на функ­ціонально різні відділи: симпатичну та парасимпатичну.

Симпатична нервова система — це частина вегетативної нервової системи, у якій другий, проміжний нейрон, лежить у нервових вузлах, розташованих уздовж хребта.

Парасимпатична нервова система — це частина вегетативної нервової системи, у якій другий проміжний нейрон розташований безпосередньо в органі, що інтервується.

Залежно від змін зовнішніх умов у центральній нервовій системі виникають гальмівні чи збуджуючі імпульси, які через вегетативну нервову систему пристосовують до цих змін роботу внут­рішніх органів.

Симпатична нервова система мобілізує роботу організму. Діяльність парасимпатичної нервової системи спрямована головним чином на налаштування механізмів організму на процеси харчування, нагромадження енергетичних ресурсів.

В основі діяльності центральної нервової системи лежать процеси збудження й гальмування. Збудження й гальмування — це дві стадії єдиного нервового процесу, що відбувається в централь­ній нервовій системі.

Існує кілька видів гальмування. Зовнішнє гальмування зв’яза­не з появою в корі головного мозку нового виду діяльності. Воно виникає в результаті індукційного впливу ділянки центральної нервової системи, що подразнює, на ту, що перебуває в стані збуд­ження. Зовнішнє гальмування сприяє переходу організму на новий вид діяльності.

Позамежне гальмування, на відміну від зовнішнього, є прямим. Воно виникає в тих ділянках центральної нервової системи, які безпосередньо зазнають зовнішніх подразнень. Таке гальмування виникає у відповідь на дію сильних, тривалих або частих подразників; позамежне гальмування є для організму захисним, охоронним.

Внутрішнє гальмування можливе лише у разі умовно-рефлек­торної діяльності кори великих півкуль. Воно виявляється в розриві умовно-рефлекторного зв’язку, якщо дії умовного подразника не підкріплені безумовним.

Однією з найважливіших форм гальмування є сон, що дає змогу нервовим клітинам запобігти перевтомі й виснаженню. Під час сну гальмування поширюється не тільки на кору головного мозку, а й на деякі підкіркові відділи. Іноді під час сну в корі можуть залишатися окремі ділянки збудження — «сторожові пункти». Нормальний сон дорослої людини триває 7—8, немовляти — 20 годин.

Безпека життєдіяльності спрямована на захист людини від впливу небезпечних, шкідливих й уражаючих факторів. Для підтримки системи «людина—середовище» у безпечному стані необхідно погодити дії людини з елементами довкілля. Людина здійснює безпосередній зв’язок з навколишнім середовищем за допомогою органів чуттів. Як зазначалось, органи чуттів є периферичними відділами аналізаторів.

Основною характеристикою аналізатора є чутливість, що виявляється в здатності живого організму сприймати дію подразників, які находяться із зовнішнього чи внутрішнього середовища. Вона характеризується величиною порога чутливості — чим нижчий поріг, тим вища чутливості. Розрізняють абсолютний і диференціальний пороги чутливості. Абсолютний поріг чутливості — це мінімальна сила подразнення, здатна викликати відповідну реакцію. Диференціальний поріг чутливості — це мінімальна величина, на яку потрібно змінити подразнення, щоб виявити зміну відповідної реакції. Час, що проходить від початку впливу подраз­ника до появи чутливості, називають латентним періодом.

Зоровий аналізатор дає понад 80 % інформації про зовнішній світ. Він має важливе значення в забезпеченні безпеки життєдіяльності й характеризується такими показниками:

¾ гостротою зору — здатністю роздільного сприйняття
об’єктів;

¾ полем зору, що є ділянкою бінокулярного зору, який забезпечує стереоскопічність сприйняття реальності. Поле зору охоплює близько 240^° за горизонталлю й 150^° за вертикаллю при умові нормального природного освітлення. Зменшення освітлення, деякі захворювання (глаукома), дефекти кровоносних судин, брак кисню призводять до різкого зменшення цього параметра;

¾ яскравий контраст — чутливість до нього є важливим показ­ником зорового аналізатора; його поріг (найменша різниця яскравості, що сприймається) залежить від рівня яскравості в полі зору та її рівномірності; оптимальний поріг реєструється за природного освітлення;

¾ сприяття кольору — здатність розрізняти кольори предметів. Колірний зір — це одночасно фізичне, фізіологічне та психологічне явище, яке полягає в здатності ока реагувати на випромінювання різної довжини хвиль та у специфічному їх сприйнятті. На сприйняття кольору впливають довжина хвилі випромінювання, яскравість джерела світла, коефіцієнт відбиття чи пропущення світла об’єктом, якість та інтенсивність освітлення. Колірна сліпота (дальтонізм) — генетична аномалія. Але колірний зір може змінюватися під впливом деяких лікарських препаратів і внаслідок дії окремих хімічних речовин. Наприклад, прийом барбитуратів (снотворних і седативних засобів) викликає тимчасові дефекти в жовто-зеленій зоні; вживання кокаїну підсилює чутли­вість до синього кольору й послабляє чутливість до червоного; кофеїн, кава, какао, кока-кола послабляють сприйняття синього, але підсилюють — червоного; тютюн викликає дефекти в червоно-зеленій зоні і особливо в червоній. Ці порушення можуть бути дуже тривалими й навіть постійними.

Слуховий аналізатор сприймає звуки, що є акустичними коливаннями діапазону 16—20 000 Гц.

Важливою характеристикою слуху є його гострота, чи слухова чутливість. Її визначають щонайменшою величиною звукового подразника, що викликає слухове відчуття. Гострота слуху залежить від частоти звукового сигналу, що сприймається. Абсолютний поріг чутності — якнайменша інтенсивність звукового тиску, що викликає слухове відчуття — становить 2× 10^-5 Н/м².

У разі збільшення інтенсивності звуку можлива поява неприємного відчуття, а потім й болю у вухах. Найменшу величину звукового тиску, за якого виникають больові симптоми, називають порогом слухового дискомфорту. Він дорівнює в середньому 80—100 дБ щодо абсолютного порога чутливості. Інтенсивність звукового впливу визначає голосність, а частота — його висоту. Істотною характеристикою слуху є здатність диференціювати звуки різної інтенсивності завдяки сприйняттю їх голосності. Мінімальна величина розходження звуків, що сприймається за їх інтенсивністю, називається диференціальним порогом сприйняття сили звуку. У нормі для середньої частини частотного діапазону звукових хвиль ця величина становить близько 0, 7—1, 0 дБ. Оскільки слух є засобом спілкування людей, особливе значення в його оцінюванні має здатність сприйняття мови, або мовний слух. Особливо важливо в оцінюванні слуху порівняння показників мовного й тонального слуху, що дає уявлення про стан різних відділів слухового аналізатора (аудіометрія). Неабияке значення має функція просторового слуху, що полягає у визначенні положення й переміщення джерела звуку в просторі.

Вид чутливості, спрямований на сприйняття різних запахів за допомогою нюхового аналізатора, називають нюхом. Нюх має для людей важливе значення, адже у них з порушенням нюху частіше виникає ризик отруєння. Для багатьох запахів визначений поріг сприйняття — величина їх концентрації, що здатна викликати реакцію органа нюху.

Основними характеристиками органа нюху є:

¾ абсолютний поріг сприйняття — концентрація речовини, за якої людина відчуває запах, але не ідентифікує його (навіть для знайомих запахів);

¾ пиріг у розпізнанні — щонайменша концентрація речовини, за якої запах не тільки відчувається, а й ідентифікується.

Різниця між порогом сприйняття та порогом розпізнання для більшості речовин становить 10—100 мг/м³.

Якісну характеристику запаху зазвичай визначають як аромат­ний, ефірний, спиртовий, фенольний, їдкий, тухлий, горілий, мигдальний, мускатний, лимонний, запах фіалок, троянд, гвоздик тощо. За характером запахи називають приємними, неприємними, невизначеними, відразливими, задушливими тощо; за інтенсивністю їх поділяють на слабкі, помірні, виражені, сильні й дуже сильні; за дратівливою дією — на недратівні, слабо дратівли­ві, терпимі, сильно дратівні, нестерпні. Можуть бути такі зміни органа нюху:

¾ гіпосмія — зниження гостроти нюху, при цьому поріг сприй­няття запаху зростає;

¾ аносмія — втрата сприйняття запахів;

¾ гіперосмію й оксиосмію — загострення нюху, при цьому поріг сприйняття запаху знижується.

Гіпосмія може бути повною або частковою. Професійну гіпосмію поділяють на функціональну (адаптація до запаху, стомлення органів нюху), токсичну (яка виникла після вдихання свинцю, ртуті, хлору та інших речовин), респіраторну (після вдихання пилу), запальну, постінфекційну й посттравматичну. Зміни нюху можуть бути як периферичного, так і центрального походження, залежно від того, яку ланку нюхового аналізатора ушкоджено.

Однією з найважливіших функцій шкіри є рецепторна. У шкірі закладено величезну кількість рецепторів, які сприймають різні зовнішні подразнення: біль, тепло, холод, дотик. На 1 см² шкіри розташовано приблизно 200 больових рецепторів, 20 холо­дових, 5 теплових і 25 рецепторів, які сприймають тиск.

Больові відчуття викликають захисні рефлекси, зокрема рефлекс віддалення від подразника. Чутливість до болю є сигналом, який мобілізує організм на боротьбу за самозбереження, під впли­вом больового сигналу перебудовується робота всіх систем організму й підвищується його реактивність.

Небольові механічні впливи на шкірні покриви (тиск) сприймаються тактильним аналізатором. Тактильна чутливість є складовою частиною дотику. Чутливість різних ділянок тіла до дії так­тильних подразників різна, тобто мають не однакові пороги тактильної чутливості, наприклад, щонайменший поріг відчуття для кінчиків пальців кистей рук становить 3 мг/мм², зворотного боку кисті — 12 мг/мм², для шкіри п’яти — 250 мг/мм².

Тактильна чутливість разом з іншими видами чутливості шкіри може певною мірою компенсувати відсутність або недостатність функцій інших органів чуття.

Чутливість до зміни температури забезпечується холодовими терморецепторами з якнайбільшим сприйняттям температури — 25—30 ^°С й тепловими — 40 ^°С. Найбільша щільність терморецеп­торів у шкірі обличчя, менше їх у шкірі тулуба, ще менше —
в шкірі кінцівок. Передаючи інформацію про зміни температури оточуючого середовища, терморецептори відіграють важливу роль у процесах терморегуляції.

Руховий, чи кінестетичний аналізатор, це фізіологічна система, яка передає й обробляє інформацію від рецепторів скелетно-м’язового апарата й бере участь в організації та здійсненні координованих рухів. Рухова активність сприяє адаптації організму людини до змін навколишнього середовища (клімату, умов виробництва тощо). Різні види рухів характеризуються динамікою фізіологічних процесів, що за їх оптимізації забезпечує якнайкраще збереження життєдіяльності організму. Над­мірну мобілізацію функціональної активності, не забезпечену необхідним рівнем координації й активності відбудовних процесів під час роботи й тривалий час після її закінчення, називають гіпердинамією. Цей стан виникає у разі надмірного заняття спортом або важкою фізичною працею, а також тривалих емоційних стресів. Гіпердинамія розвивається в результаті неадекватної для функціонального стану організму мобілізації функцій нервово-м’язової, серцево-судинної, дихальної й інших систем і може супроводжуватися низкою хворобливих симп­томів.

Протилежним гіпердинамії станом є гіподинамія. Вона характеризується зниженням діяльності всіх органів, систем і розладом їх взаємозв’язку в організмі. Глибоких змін зазнає обмін речовин, знижується стійкість організму людини у разі значних функціональних навантажень і дії несприятливих факторів середовища.

Отже, можна зробити висновок, що рухова активність людини значною мірою сприяє збереженню її здоров’я й трудовій діяльності. Досягнення ж фізичної досконалості — важлива єдність усього різномаїття й взаємозв’язку різних за характером рухів на всіх рівнях психофізіологічної регуляції цілісного організму.

Імунітет — це несприйнятливість організму до інфекційних захворювань, а також до агентів і речовин, які мають чужорідні для організму антигенні властивості.

Імунні реакції мають захисний, пристосувальний характер і спрямовані на звільнення організму від чужорідних антигенів, що надходять до нього зовні й порушують сталість його внутрішнього середовища. Захисні за своєю природою реакції імунітету через ті чи ті причин можуть бути створені й спрямовані на деякі власні, нормальні, незмінені компоненти клітин і тканин, що призводить до виникнення аутоімунних захворювань. Імунні реакції можуть бути причиною підвищеної чутливості організму до деяких антигенів — алергія, анафілаксія.

Розрізняють такі види імунітету: уроджений та набутий.

Уроджений, видовий, спадкоємний, чи природний імунітет, — це несприйнятливість одного виду тварин чи людей до захворювань іншого виду. Наприклад, люди несприйнятливі до чуми собак і великої рогатої худоби; у багатьох тварин не вдається викликати захворювання на кір тощо. Існує різний ступінь стійкості видового імунітету. Іноді несприятливі фактори (наприклад, вплив низьких температур) можуть знизити природний імунітет до конкретного виду мікробів.

Набутий імунітет може бути природним і штучним. Своєю чергою, розрізняють активно й пасивно набутий природний і штучний імунітет.

Активно набутий природний імунітет виникає після перенесеного інфекційного захворювання. Це найміцніший, найтриваліший імунітет, який іноді залишається на все життя. Активно набутий штучний імунітет виникає в результаті вакцинації живими ослабленими чи вбитими вакцинами (мікробними препаратами). Такий імунітет виникає через 1—2 тижні після вакцинації й утримується доволі довго — роками й навіть десятками років.

Пасивно набутий природний імунітет — це імунітет плоду чи немовляти, який отримує антитіла від матері через плаценту або з грудним молоком. Через це немовлята впродовж певного часу залишаються несприйнятливими до деяких інфекцій, нап­риклад, кору.

Пасивно набутий штучний імунітет створюють шляхом введення в організм імуноглобулінів, отриманих від активно імунізованих людей чи тварин. Такий імунітет встановлюється швидко — через кілька годин після введення імунної сироватки або імуноглобуліну й зберігається нетривалий час — упродовж 3—4 тижнів, бо організм намагається звільнитися від чужорідної сироватки.

Усі види імунітету, зв’язані з утворенням антитіл, називають специфічними, бо антитіла діють тільки проти певного виду мікроорганізмів або токсинів.

До неспецифічних захисних механізмів належать шкіра й слизові оболонки, які майже непроникні для мікробів; лізоцим — бактерицидна речовина шкіри й слизових оболонок; реакція запалення, бактерицидна здатність крові й тканинної рідини, реакції фагоцитозу.

Як бачимо, природа наділила живі організми надзвичайно ефективним і раціональним захисним механізмом від впливу негативних факторів будь-якого походження.

Питання для контролю