Системы восприятия человеком факторов среды обитания

Возможность получать информацию о среде обитания, способность ориентироваться в пространстве и оценивать свойства окружающей среды обеспечиваются анализаторами. Анализаторы - это совокупность нервных образований, воспринимающих внешние раздражители, преобразующих их энергию в нервный импульс возбуждения и передающих его в центральную нервную систему (ЦНС).

Датчиками анализаторов являются специальные окончания нервных волокон, называемые рецепторами, которые преобразуют внешнюю энергию различных видов раздражителей в особую активность нервной системы. Часть из них воспринимает изменения в окружающей среде (экстероцепторы), а другая часть - во внутренней среде нашего организма – интероцепторы.

В зависимости от природы раздражителя, на который они настроены, рецепторы подразделяются на:

- механорецепторы, к ним относятся слуховые, вестибулярные, гравитационные, тактильные рецепторы кожи и опорно - двигательного аппарата,

- барорецепторы сердечно-сосудистой системы, воспринимающие изменения кровяного давления;

- терморецепторы, воспринимающие температурные изменения как внутри организма, так и окружающей организм среде, они объединяют рецепторы кожи и внутренних органов, а также центральные термочувствительные нейроны в коре мозга;

- хеморецепторы, реагирующие на воздействие химических веществ, к ним относятся - рецепторы вкуса и обоняния, сосудистые и тканевые рецепторы (например, глюкорецепторы, реагирующие на изменение уровня сахара в крови);

- фоторецепторы, настроенные на восприятие света;

- болевые рецепторы, объединяются в особую группу, т.к. они могут возбуждаться механическими, химическими, электрическими и температурными раздражителями.

Чаще всего рецепторы представляют собой клетку, снабженную подвижными волосками или ресничками, обеспечивающими чувствительность.

Информация, полученная рецепторами, передается по нервным путям в центральные отделы головного мозга для переработки и принятия решения и только затем направляется к соответствующим исполнительным органам. Иногда поступающая информация сразу направляется с рецептора на исполнительные органы, минуя центральную нервную систему. Такой принцип передачи информации заложен в основу многих безусловных рефлексов (врожденных, наследственно передающихся). Например, сокращение мышц конечностей, раздражаемых электрическим током, теплотой или химическими веществами, приводит к отстранения конечности от раздражителя. Совокупность нескольких безусловных рефлексов составляет инстинкт.

Человек обладает рядом органов чувств, обеспечивающих восприятие действующих на организм раздражителей из окружающей среды. К ним относятся органы зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Не надо смешивать понятие «орган чувств» и «рецептор», воспринимающий раздражение. Например, глаз - это орган зрения, а сетчатка - фоторецептор, один из важных компонентов органа зрения. Кроме сетчатки в состав органа зрения входят оптические среды глаза, различные его оболочки, мышечный аппарат. Понятие «орган чувств» является весьма условным, так как он сам по себе не может обеспечить ощущение. Чтобы возникло субъективное ощущение необходимо, чтобы возбуждение, возникшее в рецепторах, поступило в центральную нервную систему - специальные отделы коры больших полушарий.

Зрение – способность человека получать информацию о форме. Свойствах и параметрах движения предметов посредством анализа отраженного этими предметами излучения видимого диапазона. Зрение осуществляется с помощью зрительного анализатора. Зрительный анализатор - это глаза, зрительные нервы и зрительный центр, располагающийся в затылочной доле коры головного мозга. Органы зрения играют исключительно важную роль в жизни человека. Благодаря зрению мы познаем форму, величину, цвет предмета, направление и расстояние, на котором он находится.

Глаз – это сложная оптическая система. (рис.1). Глазное яблоко имеет форму шара с тремя оболочками: наружная, называется склерой, а ее передняя прозрачная часть – роговицей. Внутрь от склеры расположена вторая – сосудистая оболочка. Ее передняя часть, лежащая за роговицей, называется радужкой, в центре которой имеется отверстие - зрачок. Позади радужной оболочки, напротив зрачка, расположен хрусталик, который можно сравнить с двояковыпуклой линзой. За хрусталиком, заполняя всю полость глаза, находится стекловидное тело.

Лучи света, попадая в глаз, проходят через роговицу, хрусталик и стекловидное тело, то есть через три преломляющие оптически прозрачные среды и попадают на внутреннюю оболочку глаза – сетчатку. Она выстилает только заднюю половину глаза, в ней находятся светочувствительные рецепторы – палочки (130 млн. штук) и колбочки (7 млн. штук). Колбочки обеспечивают так называемое «дневное» зрение, они позволяют четко различать мелкие детали. Цветное зрение осуществляется исключительно через колбочки. Палочки цвета не воспринимают и дают черно-белое изображение.

Рис. 1. Схема строения глаза человека:

1 – роговица; 2 – передняя камера; 3 – хрусталик; 4 – радужка; 5 – конъюнктива; 6 – ресничное (цилиарное) тело с отростками и волокнами связки, поддерживающей хрусталик; 7 – склера; 8 и 16 – прямые мышцы, обеспечивающие движение глаз; 9 – сосудистая оболочка; 10 – сетчатка; 11 – стекловидное тело; 12 – центральная ямка желтого пятна сетчатки; 13 – артерии; 14 – зрительный нерв; 15 – оболочка зрительного нерва.

Свет, попавший в глаз, воздействует на фотохимическое вещество палочек и колбочек и разлагает его. При определенной концентрации, продукты распада раздражают нервные окончания, расположенные в палочках и колбочках. Возникающие при этом импульсы по волокнам зрительного нерва поступают в головной мозг, и мы видим цвет, форму и величину предметов.

Глаз чувствителен к видимому диапазону спектра электромагнитных колебаний (380-770 нм), что соответствует восприятию цвета, начиная с фиолетового до красного.

Слух - способность организма воспринимать и различать звуковые колебания, которая осуществляется слуховым анализатором. Человеческому уху доступна область слышимых звуков, т.е. механических колебаний воздуха с частотой от 16 до 20000 Гц. Граница слышимости в отдельных случаях может быть шире, до 25000 Гц.

Ухо – орган слуха представляет собой воспринимающую часть звукового анализатора (рис. 2). Оно имеет три отдела: наружное, среднее и внутреннее ухо. Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода, затянутого упругой барабанной перепонкой, отделяющей среднее ухо. Ушная раковина и слуховой проход служат для улучшения приема высоких частот. Они способны усиливать звук с частотой от 2000 до 5000 Гц на 10 – 20 дБ и это определяет повышенную опасность звуков указанного диапазона частот.

Рис. 2. Схематическое изображение органа слуха (на разрезе):

1 – ушная раковина; 2 – наружный слуховой проход; 3 – барабанная перепонка, отделяющая наружный слуховой проход от полости среднего уха; 4 – система косточек среднего уха: молоточек, наковальня, стремечко; 5 – полукружные каналы; 6 – улитка; 7 – лицевой нерв и нерв органа слуха и равновесия; 8 – евстахиева (слуховая) труба.

В полости среднего уха находятся так называемые слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко, связанные между собой. Они передают звуковые колебания от барабанной перепонки во внутреннее ухо, где находится кортиев орган, воспринимающий звук. Среднее ухо сообщается с носоглоткой с помощью евстахиевой трубы, по которой во время глотания воздух проходит в полость среднего уха для выравнивания давления.

Внутреннее ухо имеет наиболее сложное строение. Оно состоит из трех частей: мешочков преддверия, улитки и трех полукружных каналов. Улитка, в которой располагается кортиев орган, воспринимает звуковые сигналы, а мешочки преддверия и полукружные каналы - раздражения, возникающие от ускоренного движения жидкости вследствие перемены положения тела в пространстве. Так формируется чувство движения и изменения положения тела в пространстве. Поэтому внутреннее ухо входит в состав еще одного анализатора – вестибулярного аппарата человека.

Звуковые волны попадают в слуховой проход, приводят в движение барабанную перепонку и через цепь слуховых косточек передаются в полость улитки внутреннего уха. Колебания жидкости в канале улитки передаются волокнам основной перепонки кортиева органа в резонанс тем звукам, которые поступают в ухо. Нервный импульс, возникающий при этом, передается в соответствующий отдел головного мозга, где синтезируется соответствующее слуховое представление.

Ухо воспринимает далеко не все звуки окружающей среды. Звуки, близкие к верхнему и нижнему пределам слышимости, вызывают слуховое ощущение лишь при большой интенсивности и поэтому обычно почти не слышны. С другой стороны, очень интенсивные шумы могут вызвать боль в ухе и даже повредить его.

Обоняние - способность воспринимать запахи, осуществляется благодаря обонятельному анализатору, рецепторами которого являются сенсорные нервные клетки (рис. 3), расположенные в слизистой оболочке носа.

Рис. 3 Схематичное изображение обонятельного эпителия

Эти клетки преобразуют энергию раздражителя в нервное возбуждение и передают его обонятельному центру мозга. Для этого требуется непосредственный контакт рецептора с молекулой пахучего вещества. Эти молекулы, осаждаясь на небольшом участке мембраны обонятельного рецептора, вызывают местное изменение ее проницаемости для отдельных ионов. В результате развивается рецепторный потенциал – начальный этап нервного возбуждения. Человек обладает различной чувствительностью к пахучим веществам, к некоторым веществам она особенно высокая. Например, этилмеркаптан ощущается при его содержании в количестве, равном 0, 00019 мг на 1 л воздуха. Полный диапазон воспринимаемых концентраций может охватывать 12 порядков.

Вкус - ощущение, возникающее при воздействии некоторых раздражителей на определенные рецепторы, расположенные на поверхности языка. Вкусовое ощущение формируется из восприятия четырех основных видов вкуса - кислого, соленого, сладкого и горького; вариации вкуса складываются из комбинации основных перечисленных ощущений. Различные участки языка имеют неодинаковую чувствительность к вкусовым веществам: кончик языка более чувствителен к сладкому, края языка - к кислому, кончик и края - к соленому и корень языка наиболее чувствителен к горькому.

Механизм восприятия вкусовых веществ определяется специфическими химическими реакциями на границе вещество - вкусовой рецептор. Вкусовые почки, в состав которых входят рецепторы, расположены на сосочках языка и в значительно меньших количествах в слизистой неба, глотки, гортани, миндалин. (Рис. 4)

Сосочки представляют собой небольшие выступы слизистой оболочки, окруженные ямкой. В каждой ямке насчитывается 10 – 15 вкусовых почек, содержащих по 15 – 20 рецепторов каждая. Отдельный рецептор обладает чувствительностью только к определенным молекулам. В одной и той же почке могут быть рецепторы, чувствительные к разным молекулам.

Вкусовые рецепторы живут недолго (в среднем 7 дней), меняя при этом и место расположения, и нервные связи, и форму, и свойства. Очень важным условием возникновения вкусового ощущения является растворение вкусового вещества на поверхности языка.

Осязание - сложное ощущение, возникающее при раздражении рецепторов кожи, слизистых оболочек и мышечно-суставного аппарата. Основная роль в осязании принадлежит тактильной чувствительности - прикосновению и давлению. Кожа - внешний покров тела представляет собой самый большой орган с очень сложным строением, выполняющий 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 (рис. 5) выделяют три слоя: наружный (эпидермис), средний, состоящий из соединительной ткани (дерма) и внутренний – подкожная жировая клетчатка. В коже расположено большое количество кровеносных и лимфатических сосудов, а также многочисленных пронизывающих дерму нервных волокон.

Одной из основных функций кожи является защита организма. 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 pH 5, 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[2], он начинает задыхаться.

Важной функцией кожи является ее участие в терморегуляции (поддержании нормальной температуры тела), т.к. 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.

Рис. 5. Схематическое изображение микроскопического строения кожи человека (на разрезе):

I - эпидермис; II – дерма (собственно кожа); III – подкожная жировая клетчатка; 1 – роговой слой эпидермиса; 2 – базальный, шиповатый, зернистый и блестящий слои эпидермиса; 3 – мышца, поднимающая волос; 4 – стержень волоса; 5 – сальная железа; 6 – нервные окончания; 7 – потовая железа с выводным протоком; 8 – кровеносный сосуд.

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. Считают, что кожу можно условно рассматривать как железу внешней и внутренней секреции, с обширной поверхностью, богато снабженной сосудами, тесно связанную со всеми внутренними органами и другими эндокринными железами.

Чувство положения и движения частей тела обеспечивает кинестетический анализатор. Чувство положения и движения конечностей в пространстве обеспечивают сигналы, приходящие в мозг от рецепторов двух типов. Рецепторы первого типа представлены мышечными веретенами, находящимися внутри мышц, и рецепторами Гольджи, расположенными в сухожилиях; они посылают в нервные центры сигналы о степени растяжения или сокращения мышцы (рис.6).

Рис. 6 Схематичное изображение мышечного волокна с рецепторами кинестетического анализатора

Рецепторы второго типа находятся в суставах и посылают в мозг непрерывные сигналы о взаимном расположении различных частей тела.