Строение и свойства клеток

Общее знакомство с организмом человека

 

Человек и окружающая среда

 

Строение и функции организма человека изучают такие разделы биологии, как анатомия, физиология, гигиена. Анатомия (от греч. Anatome — рассечение) изучает строение организма человека, его органы и системы органов. Физиология изучает функции целостного организма, систем органов и отдельных органов, клеток и межклеточных взаимодействий. Изучение функций отдельного органа невозможно без знания его анатомии, и изучение строения без изучения функций также нельзя себе представить. Гигиена рассматривает влияние условий жизни и труда на здоровье человека, разрабатывает мероприятия по созданию условий, обеспечивающих сохранение и укрепление здоровья.

В современном мире в связи с развитием промышленности возрастают неблагоприятные изменения среды обитания человека. Промышленные предприятия загрязняют атмосферу и воду, мусор и бытовые отходы являются средой обитания множества микроорганизмов, в том числе и болезнетворных. Ухудшение гигиенических условий жизни отрицательно сказывается на здоровье и продолжительности жизни людей. Задача гигиенистов в улучшении санитарного состояния окружающей среды, в правильной планировке жилых и промышленных районов, в уменьшении вредного влияния на организм производственного шума, электромагнитного воздействия, экологическом контроле за качеством воды, воздуха, продуктов питания.

 

Строение и свойства клеток

 

Рис. 1. Строение клетки:   1 — оболочка клетки; 2 — цитоплазма; 3 — ядро; 4 — эндоплазматическая сеть; 5 — митохондрии; 6 — комплекс Гольджи; 7 — клеточный центр; 8 — жгутики; 9 — лизосомы.

В человеческом организме можно различить несколько уровней организации: клеточный (клетка и ее органоиды), тканевой, органный, системный и, наконец, организм человека, подчиняющийся нервным и гуморальным системам регуляции. Наименьшей структурной и функциональной единицей организма является клетка. Изучение строения, функций клеток, их взаимодействия между собой и реакция на изменения окружающей среды — основа к пониманию деятельности организма человека.

В организме человека различают около 200 типов клеток, которые отличаются строением, составом, обменов веществ и выполняемыми функциями. Но общий план строения клеток одинаков. Клетка состоит из трех неразрывно связанных частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка состоит из гликокаликса и плазмалеммы. В цитоплазме различают жидкую часть — гиалоплазму и органоиды.

Мембранные органоиды отделены от гиалоплазмы мембранами. Одномембранные органоиды — эндоплазматическая сеть — ЭПС (гладкая и шероховатая), комплекс Гольджи, лизосомы. (рис. 1). Двумембранные органоиды — митохондрии и ядро. К немембранным органоидам относятся опорный аппарат клетки (цитоскелет), состоящий из микротрубочек и микрофиламентов, клеточный центр, состоящий из двух центриолей и отвечающий за расхождение хромосом при делении клетки, рибосомы, отвечающие за синтез белков. Кроме этого, в цитоплазме в виде капель, гранул, кристаллов образуются необязательные компоненты клетки — включения.

Клеточная оболочка обеспечивает избирательную проницаемость веществ, рецепторную функцию, передачу химических и электрических сигналов, отграничивает протопласт от межклеточного вещества.

Гиалоплазма — сложная коллоидная система, объединяющая все органоиды клетки, среда, в которой происходят химические реакции. ЭПС отвечает за транспорт веществ в клетке, синтез белков (гранулярная), синтез углеводов и липидов клетки (гладкая). Комплекс Гольджи участвует в накоплении, созревании органических молекул, экзоцитозе. Кроме того, здесь происходит образование первичных лизосом. Лизосомы — органоиды, участвующие в ферментативном расщеплении органических веществ клетки. Митохондрии отвечают за кислородное окисление органических молекул и за образование АТФ, являются энергетическими станциями клетки.

Основными жизненными свойствами клетки являются обмен веществ, раздражимость, размножение, старение и смерть.

Обмен веществ: в клетку постоянно поступают различные вещества, которые принимают участие в реакциях пластического и энергетического обменов, из клетки постоянно выводятся различные вещества, излучается тепловая энергия.

Раздражимость — способность клетки отвечать на внешние и внутренние воздействия, на раздражители. Одна из форм клеточного ответа — возбудимость, связанная с изменением электрического заряда мембраны. Внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно по отношению к внешней, разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны клетки, находящейся в состоянии покоя называется потенциалом покоя и составляет около 70 мВ. Сильный раздражитель приводит к деполяризации мембраны и возникновению потенциала действия, к возбуждению клетки. Нервные клетки в ответ генерируют нервный импульс, железистые — усиливают синтез и выделение секретов.

Каждая клетка живет определенное время, например, клетки печени живут около 18 месяцев, эритроциты — 4 месяца. Посчитано, что организм взрослого человека ежедневно теряет около 1-2% клеток в результате их старения и гибели.

Размножение клеток связано с их делением. Деление клеток тела называется митозом, при этом делении дочерние клетки получают такую же генетическую информацию, которая была у материнской клетки. При образовании половых клеток происходит мейоз,в результате которого происходит перекомбинация и редукция генетической информации и образуются гаплоидные половые клетки с уникальным набором генов.

 

Ткани

Ткань — это совокупность клеток и межклеточного вещества, имеющих общее происхождение, строение и функции. У человека различают 4 вида тканей: эпителиальные, соединительные, мышечные и нервные.

Рис. 2. Эпителиальные ткани:   1 — однослойный плоский; 2 — однослойный кубический; 3 — однослойный цилиндрический; 4 — мерцательный; 5 — многослойный ороговевающий; 6 — многослойный неороговевающий; 7, 8 — железистый эпителий.

Эпителиальные ткани. Образованы клетками, расположенными на базальной мембране, эти ткани не имеют сосудов, мало межклеточного вещества, они быстро регенерируют имеют эктодермальное происхождение.

Среди эпителиальных тканей различают (рис. 2): однослойный плоский (эндотелий сосудов), однослойный кубический (почечные канальцы), однослойный цилиндрический (поверхность желудка), мерцательный эпителий (воздухоносные пути), многослойный ороговевающий (эпидермис), многослойный неороговевающий (слизистая рта), железистый эпителий (железы внешней и внутренней секреции).

 

Рис. 3. Соединительные ткани:   1 — волокнистая; 2 — хрящевая; 3 — костная; 4 — жировая ткань; 5 — кровь.

Соединительные ткани (рис. 3). Характерно их происхождение из мезодермы. В этих тканях хорошо развито межклеточное вещество, форма клеток разнообразна. Различают: рыхлую волокнистую ткань, формирующую прослойки и оболочки органов, плотную волокнистую, образующую сухожилия и связки; хрящевую ткань; костную ткань с ее клетками — остеобластами, остеоцитами, остеокластами; жировую; кровь и лимфу. К соединительным тканям относят и кроветворные ткани.

Мышечные ткани (рис. 4). Обладают свойствами возбудимости и сократимости. Различают: 1 — скелетную поперечно-полосатую; 2 — сердечную поперечно-полосатую; 3 — гладкую. Скелетная мышечная ткань образована многоядерными волокнами длиной до 12 см, в цитоплазме находятся миофибриллы, расположенные параллельно волокну. Эти ткани также мезодермального происхождения.

Рис. 4. Мышечные ткани:   1 — поперечно-полосатая скелетная; 2 — поперечно-полосатая сердечная, 3 — гладкая.

Миофибриллы имеют поперечную исчерченность, образованы миофиламентами — более тонкими актиновыми и более толстыми — миозиновыми. При сокращения нити актина и миозина скользят друг вдоль друга, для сокращения необходимы ионы кальция и энергия АТФ. Сокращается произвольно.

Сердечная мышечная ткань имеет поперечную исчерченность, но образована клетками, имеющими одно — два ядра, соединенных через вставочные диски. Сокращается непроизвольно.

Гладкая мышечная ткань образована отдельными одноядерными мышечными клетками, длина которых до 1000 мкм. Миоциты окружены сарколеммой, внутри саркоплазма, актиновые и миозиновые нити не формируют миофибрилл. Сокращается непроизвольно.

Нервная ткань. Имеет эктодермальное происхождение и представлена нервными клетками — нейронами и нейроглией. Важнейшие свойства — возбудимость и проводимость.

	Рис. 5. Виды нейронов: 1 — униполярные; 2 — биполярные; 3 — псевдоуниполярные; 4 — мультиполярные.

 

Нейроны состоят из тела и отростков — длинного, по которому возбуждение идет от тела клетки — аксона и дендритов, по которым возбуждение идет к телу клетки. Морфологически нейроны делятся на униполярные (с одним аксоном), биполярные (с аксоном и дендритом), псевдоуниполярные, мультиполярные (рис. 5).

Функционально нейроны делятся на чувствительные (афферентные) — проводят возбуждение к ЦНС, двигательные (эфферентные) — проводят возбуждение от ЦНС, между ними могут быть вставочные нейроны (ассоциативные). Биохимическая классификация основана на химических особенностях нейромедиаторов, которые выделяют синапсы: холинергические (ацетилхолин), адренергические (норадреналин) и др. Нервные окончания могут быть рецепторными (экстерорецепторы и интерорецепторы) и эффекторными, например химические синапсы.

Рис. 6. Строение синапса:   1 — синаптическая бляшка; 2 — пресинаптическая мембрана; 3 — постсинаптическая мембрана; 4 — синаптическая щель; 5 — пузырьки с медиатором; 6 — поры и рецепторы.

Синапс (рис. 6) представлен синаптической бляшкой, в которой образуются пузырьки с медиатором, при возбуждении синапса в присутствии Са2+ пузырьки сливаются с пресинаптической мембраной, медиатор попадает в синаптическую щель и его молекулы соединяются с рецепторами постсинаптической мембраны. При этом открываются каналы в постсинаптической мембране, происходит ее деполяризация, возникает потенциал действия, клетка возбуждается.

 

Органы, системы органов

Рис. 7. Рефлекторная дуга:   1 — рецепторы; 2 — чувствительные нейрон; 3 — вставочный нейрон; 4 — двигательный нейрон; 5 — рабочий орган.

Орган это часть тела, имеющая присущую ему форму, строение, занимающая определенное место в организме и выполняющая характерную для него функцию. Орган образован всеми видами тканей, но с преобладанием одной или двух из них.

Система органов — органы, сходные по строению, выполняемым функциям и развитию. В организме человека различают не менее 10 систем органов: система покровных органов, опорно-двигательная система, пищеварительная, дыхательная, выделительная, система органов кровообращения, нервная и органы чувств, половая, эндокринная и иммунная.

Все органы и системы органов связаны между собой анатомически и функционально в единое целое — организм. Регуляция деятельности организма осуществляется нервным и гуморальным путем.

Гуморальная регуляция осуществляется с помощью гормонов, различных секретов, выделяемых клетками в кровь. Ведущая роль в этом способе принадлежит железам внутренней секреции. Регуляция осуществляется медленно, так как максимальная скорость крови 0,5 м/сек. Органы-мишени имеют рецепторы, с помощью которых воспринимаются молекулы-регуляторы.

Нервная регуляция осуществляется с помощью нервной системы, происходит рефлекторно. Рефлекс — ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая и контролируемая нервной системой. Путь, по которому проходит возбуждение при рефлексе называется рефлекторной дугой. Рефлекторная дуга (рис. 7) состоит из 5 компонентов: рецептора, чувствительного нервного волокна, нервного центра — группы вставочных нейронов, двигательного нервного волокна и исполнительного органа. В отличие от гуморальной регуляции, регуляция происходит быстро (электрические импульсы проходят по нервным волокнам со скоростью до от 1-2 м/сек до 140 м/сек) и целенаправленно.

Особенностью организма является способность к саморегуляции. Например, снижение уровня глюкозы в крови приводит к выделению надпочечниками адреналина, поджелудочной железой глюкагона и уровень глюкозы возрастает до нормы. Надежность процессов саморегуляции обеспечивает гомеостаз — относительное постоянство внутренней среды организма. Таким образом, можно определить следующую схему построения организма: молекулы — клеточные органоиды — клетки — ткани — органы — системы органов — организм