Орган воспринимающий изменения положения головы и тела в пространстве: Сенсорная система равновесия
Сенсорная система равновесия
Содержание:
Общая характеристика
Сенсорная система равновесия (или вестибулярная сенсорная система) — система, контролирующая и анализирующая положение головы в пространстве, а также информацию об изменении силы тяжести и об ускорениях, возникающих при прямолинейном или вращательном движении тела; представлена органом равновесия (периферийный отдел), преддверно-улитковым (вестибулярным) нервом (проводниковый отдел) и височными областями коры больших полушарий (центральный отдел).
■ Таким образом, преддверно-улитковый нерв передает в мозг нервные импульсы, поступающие от рецепторов и слуховой, и вестибулярной сенсорных систем.
Орган равновесия, или вестибулярный аппарат -орган, воспринимающий изменение положения головы и движение тела в пространстве; является частью внутреннего уха; состоит из трех
Восприятие движения в пространстве
Восприятие движения тела в пространстве осуществляется с помощью преддверия.
Преддверие — часть внутреннего уха, представляющая собой круглый и овальный костные мешочки, расположенные рядом с улиткой и заполненные жидкостью (эндолимфой). На внутренней поверхности мешочков имеется макула — скопление чувствительных волосковых рецепторных клеток, погруженных в эндолимфу. На верхушках этих клеток имеются пучки волосков (от 40 до 110), напоминающие кисточку и покрытые сверху студенистой отолитовой мембраной. Эта мембрана содержит многочисленные отолиты — кристаллы углекислого кальция, утяжеляющие мембрану.
Восприятие движения: в неподвижном состоянии при вертикальном положении головы макула преддверия располагается строго горизонтально. При этом отолиты давят на чувствительные клетки, указывая направление силы тяжести. При движении головы или тела возникают ускорения (изменения скорости), под влиянием которых отолитовая мембрана свободно перемещается, вызывая деформацию волосков рецепторных клеток. В зависимости от направления, в котором смещаются волоски, и степени их деформации изменяется частота возникновения нервных импульсов в волокнах вестибулярного нерва.
Восприятие положения головы в пространстве
Восприятие положения головы в пространстве осуществляется с помощью полукружных каналов.
Полукружные каналы представляют собой три костные трубочки, свернутые в кольца и расположенные в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Полости каналов заполнены жидкой
Восприятие поворота головы: при повороте головы жидкая эндолимфа, находящаяся внутри полукружного канала, из-за своей инерции отстает от движения костной части канала, оказывая давление на поверхность купулы. В результате купула смещается от своего прежнего положения, деформируя при этом погруженные в нее выросты волосковых клеток и тем самым возбуждая рецепторы. Частота нервных импульсов, возникающих в чувствительных нейронах, соединенных с рецепторами того или иного полукружного канала, зависит от ускорения, с которым смещаются чувствительные волоски, т.е., фактически, от скорости движения головы в соответствующем направлении. Возникшие нервные импульсы по волокнам вестибулярного нерва передаются в ЦНС.
Восприятие положения головы: если положение головы отличается от вертикального, то под действием силы тяжести купулы в полукружных каналах оказываются сдвинутыми в сторону наклона головы. Этот сдвиг, как и при повороте головы, приводит к изгибанию выростов волосковых клеток и к возникновению соответствующих нервных импульсов, частота которых зависит от степени наклона головы.
Обработка информации о положении тела в пространстве
Информация от рецепторов преддверия и полукружных каналов передается по цепочке нейронов и волокнам преддверно-улиткового нерва в продолговатый мозг и кору больших полушарий.
В зависимости от того, какие конкретно рецепторы и каких отделов вестибулярного аппарата (преддверия и/или тех или иных полукружных каналов) были возбуждены, и какова частота поступающих от них нервных импульсов, ЦНС делает вывод о положении головы в пространстве и о характере ее движения.
Кроме того, в спинной и продолговатый мозг, в мозжечок, таламус, а затем в височные доли коры больших полушарий поступает информация о степени сокращения мышц шеи, спины, ног и т.д. и сухожилий. Эта информация анализируется центральной нервной системой и сравнивается с информацией, поступившей от органа равновесия и со зрительной информацией. В результате этого анализа и сравнения делается вывод не только о положении головы относительно сторон света и тела, но также об ориентации в пространстве, характере и направлении движения всего тела.
■ При повреждении полукружных каналов человек не может уверенно стоять и ходить.
■ Длительное ритмичное возбуждение рецепторов вестибулярного аппарата приводит к морской болезни; се характерные симптомы — учащение или замедление сердцебиения, головокружение, тошнота, рвота, усиленное потоотделение.
■ В состоянии невесомости (в отсутствие силы тяжести) характер нервных импульсов, поступающих из вестибулярного аппарата, значительно изменяется, в результате чего появляется чувство падения.
Метки: Биология человекаОРГАНЫ ВОСПРИЯТИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕЛА
Органы восприятия положения тела в пространстве. Такими органами являются вестибулярные аппараты и проприорецепторы. Вестибулярные аппараты находятся во внутреннем ухе и состоят из полукружных каналов, размещенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, и из статоцистных органов — двух мешочков— овального (маточки) и круглого, который расположен ближе к улитке. Оба мешочка находятся в общей полости лабиринта, которая называется преддверием, а полукружные каналы — позади преддверия.
Один конец каждого полукружного канала расширяется, образуя ампулу. В ампулах полукружных каналов находится по костному гребешку серповидной формы. К нему непосредственно прилегает перепончатый лабиринт и скопление двух родов клеток: поддерживающих, или опорных, и чувствительных, волосковых, имеющих на верхнем конце 10—15 длинных волосков, склеенных желатинообразным веществом в кисточку, или заслонку. Полукружные каналы заполнены эндолимфой. Овальный и круглый статоцистные мешочки преддверия выстланы изнутри плоским эпителием, за исключением некоторых участков, называемых пятнышками. Пятнышки состоят из цилиндрического эпителия, в котором располагаются опорные и чувствительные во-лосковые клетки. Опорные клетки образуют большое количество волокон, напоминающих войлок, склеенный желатинообразной массой, в которую включены известковые камешки — статолиты, или отолиты, прилегающие к волосковым клеткам. Как и полукружные каналы, мешочки заполнены эндолимфой.
Рис. 150. Схема расположения вестибулярного и улиткового аппаратов:
Волосковые клетки гребешков полукружных каналов и пятнышек статоцистных мешочков связаны с волокнами биполярных нейронов, находящихся в вестибулярном узле Скарпа, расположенном в глубине внутреннего слухового прохода. Аксоны этих нейронов образуют вестибулярный нерв, который, сливаясь с улитковым нервом, образует слуховой нерв. После выхода из внутреннего слухового прохода слуховой нерв направляется к продолговатому мозгу, где снова делится на ветви — улитковый и вестибулярный нервы. После вступления в продолговатый мозг в мостомозжечковом углу вестибулярный нерв распадается на восходящую и нисходящую ветви, заканчивающиеся в вестибулярных ядрах продолговатого мозга. Вестибулярные ядра связаны волокнами с мозжечком, с центрами вегетативной нервной системы в продолговатом и промежуточном мозге, с ядрами глазодвигательных нервов III и IV в среднем мозге, со спинным мозгом и височными долями больших полушарий. Эти волокна входят в состав вестибуло-мозжечкового, вестибуло-спинального, ребро-спинального, вестибуло-ретикулярного, вестибуло-кортикального путей и заднего продольного пучка, связывающего с ядрами двигательных нервов глазных мышц.
При движениях головы происходит перемещение эндолимфы и отолитов, которое раздражает волосковые клетки полукружных каналов и статоцистных мешочков, что вызывает возникновение центростремительных импульсов, которые по вестибулярному нерву передаются в продолговатый мозг, а затем в мозжечок, средний мозг, промежуточный мозг и височные доли больших полушарий. Полукружные каналы раздражаются в начале и в конце равномерного вращательного движения и угловых ускоренных или замедленных вращательных движений головы в одной плоскости. Следовательно, они регулируют главным образом координацию движений. Порог различения вращения относительно вертикальной оси от 0,8 до 2,4° в секунду углового ускорения. При ускорениях во время вращения головы происходит смещение эндолимфы в полукружных каналах, вызывающее деформацию волосков чувствительных клеток и возникновение центростремительных импульсов в связанных с ними волокнах вестибулярного нерва. При поворотах головы центростремительные импульсы, возникающие в вестибулярных аппаратах, вызывают рефлекторное повышение тонуса шейных мышц на стороне поворота, так как каждый вестибулярный аппарат управляет тонусом мышц своей стороны. При вращении тела голова до известного предела медленно отклоняется в сторону, противоположную движению, а затем быстро возвращается в исходное положение. Эти многократно повторяемые колебательные движения головы называются нистагмом головы. Такие же медленные колебательные движения в противоположную сторону и быстрое возвращение в исходное положение производят также глаза — глазной нистагм. После прекращения вращения голова и туловище отклоняются в сторону вращения, а глаза — в противоположную сторону.
Статоцистные мешочки воспринимают начало и конец равномерного прямолинейного движения, прямолинейное ускорение- и замедление, изменение силы тяжести и центробежной силы, тряску, качку — они в основном регулируют позу. Порог различения ускорения при прямолинейном движении 2—20 см/сек, наклонов головы и тела вперед и назад при закрытых глазах около 1,5—2°, в стороны — около 1°; порог повышается при вибрациях. Эти перемещения головы и тела изменяют относительно постоянное давление эндолимфы и отолитов на чувствительные клетки пятнышек. Изменения давления воспринимаются волосками чувствительных клеток и вызывают центростремительные импульсы в вестибулярных нервах. При надавливании отолитов овального мешочка рефлекторно повышается тонус сгибателей шеи, рук, ног и туловища и понижается тонус разгибателей. При отставании отолитов, наоборот, понижается тонус сгибателей и повышается тонус разгибателей. Так регулируется движение туловища вперед и назад. Отолиты круглого мешочка регулируют наклоны тела в стороны и участвуют в установочных рефлексах, так как увеличивают тонус отводящих мышц на стороне раздражения и приводящих мышц — на противоположной стороне.
Таким образом, рефлекторное перераспределение тонуса скелетных мышц и их сокращений и расслаблений производится благодаря поступлению центростремительных импульсов из вестибулярных аппаратов, регулирующих положение тела в пространстве в покое (статические рефлексы, или рефлексы позы) и во время разнообразных движений (стато-кинетические рефлексы). При повышенной возбудимости вестибулярных аппаратов или при чрезмерно сильном их возбуждении наблюдаются разнообразные нарушения функций, обусловленные тем, что вестибулярные ядра продолговатого мозга тесно связаны с другими отделами’ нервной системы. При этом во время полетов, морской качки, езды на автомобиле, в поезде, качании на качелях наблюдается так называемая морская болезнь: головокружение или даже потеря сознания, учащение или замедление сердцебиений, сужение или расширение кровеносных сосудов, повышение или понижение кровяного давления, учащение или замедление дыхания, усиление перистальтики, рвота, потоотделение и другие вегетативные рефлексы.
В регуляции положения тела в пространстве и координации движений очень важна также обратная информация из мышц, суставов и сухожилий, которая обеспечивается центростремительными импульсами из проприорецепторов, а также одновременным поступлением импульсов из тактильных рецепторов кожи.
Проприорецепторы по сложности строения занимают 4-е место после глаза, уха и вестибулярного аппарата. У человека 30— 50% волокон, находящихся в нервах, иннервирующих скелетные мышцы, проводит центростремительные импульсы из проприорецепторов. Так как у проприорецепторов почти отсутствует адаптация, то они постоянно готовы к возбуждению, которое возникает в них при малейших деформациях мышц или смещениях в суставах. Это позволяет организму поддерживать позу и бороться рефлекторным сокращением мышц с силой земного притяжения.
Раздражение проприорецепторов обеспечивает рефлекторную саморегуляцию тонуса и сокращений мышц и производство цепных рефлексов локомоций — перемещений тела в пространстве. Раздражение проприорецепторов при движениях тела вызывает также рефлекторные изменения всех вегетативных функций (работы сердца, дыхания и др.), соответствующие характеру и интенсивности производимой мышечной работы. Сочетание импульсов из проприорецепторов и тактильных рецепторов кожи называется кинестезией. Кинестезия обеспечивает координацию движений, ориентировку в пространстве и в сочетании со зрительными ощущениями позволяет определять расстояния предметов. Раздражение проприорецепторов воспринимается как мышечное чувство.
Раздражение проприорецепторов влияет на высшую нервную деятельность; изменяется скрытый период условных двигательных рефлексов. Переход из одной позы в другую, например от сидения к стоянию, укорачивает скрытый период условного двигательного рефлекса руки, а переход от стояния к сидению удлиняет его. Произвольная задержка дыхания укорачивает скрытый период условного двигательного рефлекса.
Таким образом, после зрения наибольшее значение в ориентации тела в пространстве, в преодолении земного притяжения, в труде и всех видах физических упражнений имеют вестибулярные аппараты, проприорецепторы и тактильные рецепторы кожи.
Похожие материалы:
Чувствительность внутренних органов
Взаимодействие органов чувств
Роль органов чувств
Понятие об анализаторах
ОРГАНЫ ЧУВСТВ (АНАТОМИЯ)
содержание .. 20 21 22 23 24 25 26 ..
Органы чувств — это анатомические образования, которые воспринимают внешние раздражения (звук, свет, запах, вкус и др.), трансформируют их в нервный импульс и передают его в головной мозг.
Живой организм постоянно получает информацию об изменениях, которые происходят за его пределами и внутри организма, а также из всех частей тела. Раздражения из внешней и внутренней среды воспринимаются специализированными элементами, которые определяют специфику того или иного органа чувств и называются рецепторами.
Органы чувств служат живому организму для взаимосвязи и приспособления к постоянно изменяющимся условиям окружающей среды и ее познания.
Согласно учению И. П. Павлова, каждый анализатор является сложным комплексным механизмом, который не только воспринимает сигналы из внешней среды, но и преобразует их энергию в нервный импульс, проводит высший анализ и синтез.
Каждый анализатор представляет собой сложную систему, которая включает следующие звенья: 1) периферический прибор, который воспринимает внешнее воздействие (свет, запах, вкус, звук, прикосновение) и преобразует его в нервный импульс; 2) проводящие пути, по которым нервный импульс поступает в соответствующий корковый нервный центр; 3)нервный центр в коре большого мозга (корковый конец анализатора). Все анализаторы делятся на два типа. Анализаторы, осуществляющие анализ и синтез окружающей среды, называются внешними или экстерорецептивны-ми. К ним относятся зрительный, слуховой, обонятельный, тактильный и др. Анализаторы, осуществляющие анализ явлений, которые происходят внутри организма, называются внутренними или интерорецептивными. Они дают информацию о состоянии сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, органов дыхания и др. Одним из главных внутренних анализаторов является двигательный анализатор, который дает информацию в мозг о состоянии мышечно-суставного аппарата. Его рецепторы имеют сложное строение и расположены в мышцах, сухожилиях и суставах.
Известно, что некоторые анализаторы занимают промежуточное положение, например вестибулярный анализатор. Он находится внутри организма (внутреннее ухо), но возбуждается внешними факторами (ускорение и замедление вращательных и прямолинейных движений).
Периферическая часть анализатора превращает определенные виды энергии в нервное возбуждение, при этом для каждого из них существует собственная специализация (холод, тепло, запах, звук и т. д.).
Таким образом, при помощи органов чувств человек получает всю информацию об окружающей среде, изучает ее и дает соответствующий ответ на реальные воздействия.
Орган зрения — один из главных органов чувств, он играет значительную роль в процессе восприятия окружающей среды. В многообразной деятельности человека, в исполнении многих самых тонких работ органу зрения принадлежит первостепенное значение. Достигнув совершенства у человека, орган зрения улавливает световой поток, направляет его на специальные светочувствительные клетки, воспринимает черно-белое и цветное изображение, видит предмет в объеме и на различном расстоянии.
Орган зрения расположен в глазнице и состоит из глаза и вспомогательного аппарата (рис. 144).
Рис. 144. Строение глаза (схема):
1 — склера; 2 — сосудистая оболочка; 3 — сетчатка; 4 — центральная ямка; 5 — слепое пятно; 6 — зрительный нерв; 7— конъюнктива; 8— цилиар-ная связка; 9—роговица; 10—зрачок; 11, 18— оптическая ось; 12 — передняя камера; 13 — хрусталик; 14 — радужка; 15 — задняя камера; 16 — ресничная мышца; 17—стекловидное тело
Глаз (oculus) состоит из глазного яблока и зрительного нерва с его оболочками. Глазное яблоко имеет округлую форму, передний и задний полюсы. Первый соответствует наиболее выступающей части наружной фиброзной оболочки (роговицы), а второй — наиболее выступающей части, которая находится латеральное выхода зрительного нерва из глазного яблока. Линия, соединяющая эти точки, называется наружной осью глазного яблока, а линия, соединяющая точку на внутренней поверхности роговицы с точкой на сетчатке, получила название внутренней оси глазного яблока. Изменения соотношений этих линий вызывают нарушения фокусировки изображения предметов на сетчатке, появление близорукости (миопия) или дальнозоркости (гиперметропия).
Глазное яблоко состоит из фиброзной и сосудистой оболочек, сетчатки и ядра глаза (водянистая влага передней и задней камер, хрусталик, стекловидное тело).
Фиброзная оболочка — наружная плотная оболочка, которая выполняет защитную и светопроводящую функции. Передняя ее часть называется роговицей, задняя — склерой. Роговица — это прозрачная часть оболочки, которая не имеет сосудов, а по форме напоминает часовое стекло. Диаметр роговицы — 12 мм, толщина — около 1 мм.
Склера состоит из плотной волокнистой соединительной ткани, толщиной около 1 мм. На границе с роговицей в толще склеры находится узкий канал — венозный синус склеры. К склере прикрепляются глазодвигательные мышцы.
Сосудистая оболочка содержит большое количество кровеносных сосудов и пигмента. Она состоит из трех частей: собственной сосудистой оболочки, ресничного тела и радужки. Собственно сосудистая оболочка образует большую часть сосудистой оболочки и выстилает заднюю часть склеры, срастается рыхло с наружной оболочкой; между ними находится околососудистое пространство в виде узкой щели.
Ресничное тело напоминает среднеутолщенный отдел сосудистой оболочки, который лежит между собственной сосудистой оболочкой и радужкой. Основу ресничного тела составляет рыхлая соединительная ткань, богатая сосудами и гладкими мышечными клетками. Передний отдел имеет около 70 радиально расположенных ресничных отростков, которые составляют ресничный венец. К последнему прикрепляются радиально расположенные волокна ресничного пояса, которые затем идут к передней и задней поверхности капсулы хрусталика. Задний отдел ресничного тела — ресничный кружок —напоминает утолщенные циркулярные полоски, которые переходят в сосудистую оболочку. Ресничная мышца состоит из сложнопереплетенных пучков гладких мышечных клеток. При их сокращении происходят изменение кривизны хрусталика и приспособление к четкому видению предмета (аккомодация).
Радужка — самая передняя часть сосудистой оболочки, имеет форму диска с отверстием (зрачком) в центре. Она состоит из соединительной ткани с сосудами, пигментных клеток, которые определяют цвет глаз, и мышечных волокон, расположенных радиально и циркулярно.
В радужке различают переднюю поверхность, которая формирует заднюю стенку передней камеры глаза, и зрачковый край, который офаничивает отверстие зрачка. Задняя поверхность радужки составляет переднюю поверхность задней камеры глаза, ресничный край соединяется с ресничным телом и склерой при помощи гребенчатой связки. Мышечные волокна радужки, сокращаясь или расслабляясь, уменьшают или увеличивают диаметр зрачков.
Внутренняя (чувствительная) оболочка глазного яблока — сетчатка — плотно прилегает к сосудистой. Сетчатка имеет большую заднюю зрительную часть и меньшую переднюю «слепую» часть, которая объединяет ресничную и радужковую части сетчатки. Зрительная часть состоит из внутренней пигментной и внутренней нервной частей. Последняя имеет до 10слоев нервных клеток. Во внутреннюю часть сетчатки входят клетки с отростками в форме колбочек и палочек, которые являются светочувствительными элементами глазного яблока. Колбочки воспринимают световые лучи при ярком (дневном) свете и являются одновременно рецепторами цвета, а палочки функционируют при сумеречном освещении и играют роль рецепторов сумеречного света. Остальные нервные клетки выполняют связующую роль; аксоны этих клеток, соединившись в пучок, образуют нерв, который выходит из сетчатки.
На заднем отделе сетчатки находится место выхода зрительного нерва — диск зрительного нерва, а латеральное от него располагается желтоватое пятно. Здесь находится наибольшее количество колбочек; это место является местом наибольшего видения.
В ядро глаза входят передняя и задняя камеры, заполненные водянистой влагой, хрусталик и стекловидное тело. Передняя камера глаза — это пространство между роговицей спереди и передней поверхностью радужки сзади. Место по окружности, где находится край роговицы и радужки, ограничено гребенчатой связкой. Между пучками этой связки расположено пространство радужно-роговичного узла (фонтановы пространства). Через эти пространства водянистая влага из передней камеры оттекает в венозный синус склеры (шлеммов канал), а затем поступает в передние ресничные вены. Через отверстие зрачка передняя камера соединяется с задней камерой глазного яблока. Задняя камера в свою очередь соединяется с пространствами между волокнами хрусталика и ресничным телом. По периферии хрусталика лежит пространство в виде пояска (петитов канал), заполненное водянистой влагой.
Хрусталик — это двояковыпуклая линза, которая расположена сзади камер глаза и обладает светопреломляющей способностью. В нем различают переднюю и заднюю поверхности и экватор. Вещество хрусталика бесцветное, прозрачное, плотное, не имеет сосудов и нервов. Внутренняя его часть — ядро — намного плотнее периферической части. Снаружи хрусталик покрыт тонкой прозрачной эластичной капсулой, к которой прикрепляется ресничный поясок (циннова связка). При сокращении ресничной мышцы изменяются размеры хрусталика и его преломляющая способность.
Стекловидное тело — это желеобразная прозрачная масса, которая не имеет сосудов и нервов и покрыта мембраной. Расположено оно в стекловидной камере глазного яблока, сзади хрусталика и плотно прилегает к сетчатке. Сбоку хрусталика в стекловидном теле находится углубление, называемое стекловидной ямкой. Преломляющая способность стекловидного тела близка к таковой водянистой влаги, которая заполняет камеры глаза. Кроме того, стекловидное тело выполняет опорную и защитную функции.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ ГЛАЗА. К вспомогательным органам глаза относятся мышцы глазного яблока (рис.145), фасции глазницы, веки, брови, слезный аппарат, жировое тело, конъюнктива, влагалище глазного яблока.
Рис. 145. Мышцы глазного яблока:
А — вид с латеральной стороны: 1 — верхняя прямая мышца; 2 — мышца, поднимающая верхнее веко; 3 — нижняя косая мышца; 4 — нижняя прямая мышца; 5 — латеральная прямая мышца; Б — вид сверху: 1 — блок; 2 — влагалище сухожилия верхней косой мышцы; 3 — верхняя косая мышца; 4— медиальная прямая мышца; 5 — нижняя прямая мышца; 6 — верхняя прямая мышца; 7 — латеральная прямая мышца; 8 — мышца, поднимающая верхнее веко
Двигательный аппарат глаза представлен шестью мышцами. Мышцы начинаются от сухожильного кольца вокруг зрительного нерва в глубине глазницы и прикрепляются к глазному яблоку. Выделяют четыре прямые мышцы глазного яблока (верхняя, нижняя, латеральная и медиальная) и две косые (верхняя и нижняя). Мышцы действуют таким образом, что оба глаза поворачиваются согласованно и направлены в одну и ту же точку. От сухожильного кольца начинается также мышца, поднимающая верхнее веко. Мышцы глаза относятся к поперечнополосатым мышцам и сокращаются произвольно.
Глазница, в которой находится глазное яблоко, состоит из надкостницы глазницы, которая в области зрительного канала и верхней глазничной щели срастается с твердой оболочкой головного мозга. Глазное яблоко покрыто оболочкой (или теноновой капсулой), которая рыхло соединяется со склерой и образует эписклеральное пространство. Между влагалищем и надкостницей глазницы находится жировое тело глазницы, которое выполняет роль эластичной подушки для глазного яблока.
Веки (верхнее и нижнее) представляют собой образования, которые лежат впереди глазного яблока и прикрывают его сверху и снизу, а при смыкании — полностью его закрывают. Веки имеют переднюю и заднюю поверхность и свободные края. Последние, соединившись спайками, образуют медиальный и латеральные углы глаза. В медиальном углу находятся слезное озеро и слезное мясцо. На свободном крае верхнего и нижнего век около медиального угла видно небольшое возвышение —слезный сосочек с отверстием на верхушке, которая является началом слезного канальца.
Пространство между краями век называется глазной щелью. Вдоль переднего края век расположены ресницы. Основу века составляет хрящ, который сверху покрыт кожей, а с внутренней стороны — конъюнктивой века, которая затем переходит в конъюнктиву глазного яблока. Углубление, которое образуется при переходе конъюнктивы век на глазное яблоко, называется конъюнктивальным мешком. Веки, кроме защитной функции, уменьшают или перекрывают доступ светового потока.
На границе лба и верхнего века находится бровь, представляющая собой валик, покрытый волосами и выполняющий защитную функцию.
Слезный аппарат состоит из слезной железы с выводными протоками и слезоотводящих путей. Слезная железа находится в одноименной ямке в латеральном углу, у верхней стенки глазницы и покрыта тонкой соединительно-тканной капсулой. Выводные протоки (их около 15) слезной железы открываются в конъюнктивальный мешок. Слеза омывает глазное яблоко и постоянно увлажняет роговицу. Движению слезы способствуют мигательные движения век. Затем слеза по капиллярной щели около края век оттекает в слезное озеро. В этом месте берут начало слезные канальцы, которые открываются в слезный мешок. Последний находится в одноименной ямке в нижнемедиальном углу глазницы. Книзу он переходит в довольно широкий носослезный канал, по которому слезная жидкость попадает в полость носа.
ПРОВОДЯЩИЕ ПУТИ ЗРИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА (рис. 146). Свет, который попадает на сетчатку, проходит вначале через прозрачный светопреломляющий аппарат глаза: роговицу, водянистую влагу передней и задней камер, хрусталик и стекловидное тело. Пучок света на своем пути регулируется зрачком. Светопреломляющий аппарат направляет пучок света на более чувствительную часть сетчатки — место наилучшего видения — пятно с его центральной ямкой. Пройдя через все слои сетчатки, свет вызывает там сложные фотохимические преобразования зрительных пигментов. В результате этого в светочувствительных клетках (палочках и колбочках) возникает нервный импульс, который затем передается следующим нейронам сетчатки — биполярным клеткам (нейроцитам), а после них — нейроцитам ганглиозного слоя, ганглиозным нейроцитам. Отростки последних идут в сторону диска и формируют зрительный нерв. Пройдя в череп через канал зрительного нерва по нижней поверхности головного мозга, зрительный нерв образует неполный зрительный перекрест. От зрительного перекреста начинается зрительный тракт, который состоит из нервных волокон ганглиозных клеток сетчатки глазного яблока. Затем волокна по зрительному тракту идут к подкорковым зрительным центрам: латеральному коленчатому телу и верхним холмикам крыши среднего мозга. В латеральном коленчатом теле волокна третьего нейрона (ганглиозных нейроцитов) зрительного пути заканчиваются и вступают в контакт с клетками следующего нейрона. Аксоны этих нейроцитов проходят через внутреннюю капсулу и достигают клеток затылочной доли около шпорной борозды, где и заканчиваются (корковый конец зрительного анализатора). Часть аксонов ганглиозных клеток проходит через коленчатое тело и в составе ручки поступает в верхний холмик. Далее из серого слоя верхнего холмика импульсы идут в ядро глазодвигательного нерва и в дополнительное ядро, откуда происходит иннервация глазодвигательных мышц, мышц, которые суживают зрачки, и ресничной мышцы. Эти волокна несут импульс в ответ на световое раздражение и зрачки суживаются (зрачковый рефлекс), также происходит поворот в необходимом направлении глазных яблок.
Рис. 146. Схема строения зрительного анализатора:
1 — сетчатка; 2— неперекрещенные волокна зрительного нерва; 3 — перекрещенные волокна зрительного нерва; 4— зрительный тракт; 5— корковый анализатор
Механизм фоторецепции основан на поэтапном превращении зрительного пигмента родопсина под действием квантов света. Последние поглощаются группой атомов (хромофоры) специализированных молекул — хромолипо-протеинов. В качестве
Восприятие космоса | Британника
Восприятие пространства , процесс, посредством которого люди и другие организмы узнают относительное положение своих тел и объектов вокруг них. Восприятие пространства дает подсказки, такие как глубина и расстояние, которые важны для движения и ориентации в окружающей среде.
Человеческие существа интересовались восприятием объектов в космосе, по крайней мере, с древних времен. В Древней Греции было широко распространено мнение, что объекты можно увидеть, потому что они испускают то, что считалось непрерывной серией чрезвычайно тонких «мембран» в их собственном изображении; они падали на глаз и сливались в воспринимаемую картину.
Столетия экспериментальных исследований привели к более разумной концепции, согласно которой пространство описывалось в трех измерениях или плоскостях: высоте (вертикальная плоскость), ширине (горизонтальная плоскость) и глубине (сагиттальная плоскость). Все эти плоскости пересекаются под прямым углом, и их единственная ось пересечения определяется как находящаяся в воспринимаемом трехмерном пространстве, то есть в «глазу» воспринимающего человека. Люди обычно не воспринимают бинокулярное пространство (отдельный визуальный мир от каждого глаза), а вместо этого видят так называемое циклопическое пространство, как если бы изображения из каждого глаза сливались, создавая единое поле зрения, подобное полю зрения Циклопа, однозначное. глазастый великан в греческой мифологии.Горизонтальная, вертикальная и сагиттальная плоскости делят пространство на различные сектора: что-то воспринимается как «вверху» или «внизу» (горизонтальная плоскость), как «впереди» или «позади» (вертикальная плоскость) или как « вправо »или« влево »(от сагиттальной плоскости).
Циклопическая система проекции. Изображения точек F , A и B на двух сетчатках переносятся на сетчатку гипотетического глаза на полпути между ними.
Encyclopædia Britannica, Inc.Общие положения
Ранняя теория, выдвинутая англиканским епископом Джорджем Беркли в начале 18 века, заключалась в том, что третье измерение (глубина) не может быть напрямую воспринято глазами, потому что изображение любого объекта на сетчатке глаза является двухмерным, как на картине. . Он считал, что способность к визуальному восприятию глубины не является врожденной, но может быть результатом логического вывода, основанного на эмпирическом обучении с использованием других органов чувств, таких как осязание.Хотя современные исследования не подтверждают акцент Беркли на разуме как на главном для восприятия, современные теории по-прежнему включают как нативистские (врожденные), так и эмпирические (усвоенные на опыте) соображения.
Джордж БерклиДжордж Беркли, фрагмент масляной картины Джона Смиберта, ок. 1732; в Национальной портретной галерее в Лондоне.
Предоставлено Национальной портретной галереей, Лондон Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчасИзучение перцептивного обучения быстро развивалось во второй половине 19-го века и еще быстрее в 20-м. Многие психологи, занимающиеся функцией восприятия, считают, что изучение восприятия пространства быстро становится самостоятельной отраслью психологии. Эта специальная область психологии концентрируется на факторах, способствующих воспринимаемой организации объектов в пространстве (например, на сигналах о восприятии глубины, движении, форме, цвете и их взаимодействиях) или сосредоточивается на особенно интересных специальных проблемах, таких как проблема амодального восприятия. (е.g., вопрос о том, как воспринимать, что у куба шесть сторон, хотя одновременно можно увидеть только три из них).
Исследование восприятия пространства также предлагает понимание того, как перцептивное поведение помогает человеку ориентироваться в окружающей среде. В частности, ориентация в пространстве обычно отражает стремление человека (например, искать пищу или избегать травм). Однако люди не могли ориентироваться в окружающей их среде, если информация окружающей среды, достигающая их через различные органы чувств, не предлагала восприятие пространства, которое соответствует их физической «реальности».Такое восприятие называется достоверным восприятием — прямым восприятием стимулов в том виде, в каком они существуют. Без определенной степени достоверности относительно физического пространства нельзя искать еды, убегать от врагов или даже общаться. Верное восприятие также заставляет человека испытывать изменяющиеся стимулы, как если бы они были стабильными: даже если сенсорный образ приближающегося тигра, например, становится больше, человек склонен воспринимать, что размер животного остается неизменным. Другими словами, человек воспринимает объекты в окружающей среде как имеющие относительно постоянные характеристики (размер, цвет и т. Д.), Несмотря на значительные различия в условиях воздействия.
Первичные гравитационные эффекты
Однако не все восприятие пространства достоверно; вместо этого восприятие может не соответствовать реальности — часто систематическим образом. Это случаи ненадежного восприятия. Эксперименты показали, что три основных пространственных плоскости (горизонтальная, вертикальная и сагиттальная) доминируют в способности человека локализовать визуальные объекты в близлежащем пространстве. Часто объекты могут восприниматься как лежащие ближе к этим основным измерениям или плоскостям, чем они есть на самом деле.(Частично объяснение этих несоответствий восприятия в визуальном опыте может лежать в силе гравитации.) Непроверенные восприятия не порождают хаоса в восприятии пространства. Вместо этого они уточняют воспринимаемые характеристики окружающего пространства. Если бы вся масса сенсорной информации, доступная в данный момент, воспринималась достоверно, поток данных мог бы сбить с толку воспринимающего до дезориентации. Другими словами, определенная степень избирательности в восприятии, по-видимому, определяет выживание человека.В идеале информация об окружающей среде воспринимается только как имеющая отношение к целям, потребностям или физиологическому состоянию человека в данный момент.
человеческое ухо | Конструкция, функции и детали
Человеческое ухо , орган слуха и равновесия, который обнаруживает и анализирует звук путем преобразования (или преобразования звуковых волн в электрохимические импульсы) и поддерживает чувство баланса (равновесия).
человеческое ухоСтроение человеческого уха.
Encyclopædia Britannica, Inc.Британская викторина
Человеческое тело: факт или вымысел?
Могут ли люди выбрать правшу или левшу? От нервов и генов до мышц и органов — посмотрите, насколько вы владеете обеими руками, выбирая между правильным — и неправильным — в этой викторине.
Человеческое ухо, как и у других млекопитающих, содержит органы чувств, которые выполняют две совершенно разные функции: функцию слуха и функцию постурального равновесия и координации движений головы и глаз.Анатомически ухо состоит из трех различных частей: внешнего, среднего и внутреннего уха. Наружное ухо состоит из видимой части, называемой ушной раковиной, или ушной раковины, которая выступает со стороны головы, и короткого наружного слухового прохода, внутренний конец которого закрывается барабанной перепонкой, обычно называемой барабанной перепонкой. Функция наружного уха — собирать звуковые волны и направлять их к барабанной перепонке. Среднее ухо — это узкая заполненная воздухом полость в височной кости. Он натянут на цепочку из трех крошечных костей: молоточка (молоток), наковальня (наковальня) и стремени (стремени), которые вместе называются слуховыми косточками.Эта цепочка слуховых косточек передает звук от барабанной перепонки к внутреннему уху, известному со времен Галена (II век н. Э.) Как лабиринт. Это сложная система заполненных жидкостью каналов и полостей, расположенных глубоко внутри каменистой каменистой части височной кости. Внутреннее ухо состоит из двух функциональных единиц: вестибулярного аппарата, состоящего из преддверия и полукружных каналов, в котором находятся органы чувств постурального равновесия; и улитка, напоминающая раковину улитки, которая содержит орган слуха.Эти органы чувств представляют собой узкоспециализированные окончания восьмого черепного нерва, также называемого вестибулокохлеарным нервом.
человеческое тело | Органы, системы, структура, диаграммы и факты
Человеческое тело , физическая субстанция человеческого организма, состоящая из живых клеток и внеклеточных материалов и организованная в ткани, органы и системы.
человеческое тело; анатомия человекаСтаринные карты анатомии человеческого тела, показывающие скелетную и мышечную системы.
© Andreadonetti / Dreamstime.comБританская викторина
Человеческое тело
Возможно, вы знаете, что человеческий мозг состоит из двух половин, но какая часть человеческого тела состоит из крови? Проверьте обе половины своего разума в этой викторине по анатомии человека.
Анатомии и физиологии человека посвящено множество статей.Для подробного обсуждения конкретных тканей, органов и систем, см. кровь человека; сердечно-сосудистая система; пищеварительная система человека; эндокринная система человека; почечная система; кожа; мышечная система человека; нервная система; репродуктивная система, человек; дыхание человека; сенсорная рецепция, человек; скелетная система человека. Для описания того, как тело развивается, от зачатия до старости, см. старение; рост; внутриутробное развитие; человеческое развитие.
Подробное описание биохимических компонентов организма: см. Белок ; углевод; липид; нуклеиновая кислота; витамин; и гормон.Для получения информации о структуре и функциях клеток, составляющих тело, см. cell.
Многие записи описывают основные структуры тела. Например, см. брюшная полость; надпочечник; аорта; кость; мозг; ухо; глаз; сердце; почка; толстая кишка; легкое; нос; яичник; поджелудочная железа; гипофиз; тонкий кишечник; спинной мозг; селезенка; желудок; семенник; вилочковая железа; щитовидная железа; зуб; матка; позвоночник.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчасЛюди, конечно же, животные, в частности, члены отряда приматов подтипа позвоночных типа Chordata. Как и все хордовые, человеческое животное имеет билатерально симметричное тело, которое в какой-то момент во время своего развития характеризуется спинным поддерживающим стержнем (хордой), жаберными прорезями в области глотки и полым спинным нервным канатиком. Из этих особенностей первые две присутствуют только на эмбриональной стадии у человека; хорда заменяется позвоночником, а щели глотки полностью утрачиваются.Спинной нервный мозг — это спинной мозг человека; остается на всю жизнь.
мышечная система человека: вид сбокуВид сбоку мышечной системы человека.
Encyclopædia Britannica, Inc.Человеческое тело, характерное для позвоночных, имеет внутренний скелет, который включает в себя позвоночник. Человеческое тело, типичное для млекопитающих, имеет такие характеристики, как волосы, молочные железы и высокоразвитые органы чувств.
Однако за этими сходствами скрываются некоторые глубокие различия.Среди млекопитающих только люди имеют преимущественно двуногую (двуногую) позу, что значительно изменило общий план тела млекопитающих. (Даже кенгуру, который при быстром движении прыгает на двух ногах, ходит на четырех ногах и использует свой хвост в качестве «третьей ноги», когда стоит.) Более того, человеческий мозг, особенно неокортекс, несомненно, является наиболее развитым. в животном мире. Так же умны, как многие другие млекопитающие, такие как шимпанзе и дельфины, ни одно из них не достигло интеллектуального статуса человеческого вида.
Химический состав тела
С химической точки зрения человеческое тело состоит в основном из воды и органических соединений, то есть липидов, белков, углеводов и нуклеиновых кислот. Вода содержится во внеклеточных жидкостях организма (плазме крови, лимфе и межклеточной жидкости) и внутри самих клеток. Он служит растворителем, без которого химия жизни не могла бы происходить. Человеческое тело на 60 процентов состоит из воды.
Липиды — в основном жиры, фосфолипиды и стероиды — являются основными структурными компонентами человеческого тела.Жиры обеспечивают запас энергии для тела, а жировые подушечки также служат изоляцией и амортизаторами. Фосфолипиды и стероидное соединение холестерин являются основными компонентами мембраны, окружающей каждую клетку.
Белки также служат основным структурным компонентом организма. Подобно липидам, белки являются важной составляющей клеточной мембраны. Кроме того, такие внеклеточные материалы, как волосы и ногти, состоят из белка. Так же и коллаген, волокнистый эластичный материал, из которого состоит большая часть кожи, костей, сухожилий и связок.Белки также выполняют многочисленные функциональные роли в организме. Особенно важны клеточные белки, называемые ферментами, которые катализируют химические реакции, необходимые для жизни.
Углеводы присутствуют в организме человека в основном в качестве топлива, либо в виде простых сахаров, циркулирующих с кровотоком, либо в виде гликогена, запасного соединения, обнаруживаемого в печени и мышцах. Небольшие количества углеводов также содержатся в клеточных мембранах, но, в отличие от растений и многих беспозвоночных животных, у людей в организме мало структурных углеводов.
Нуклеиновые кислоты составляют генетический материал организма. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) несет наследственный главный код организма, инструкции, в соответствии с которыми работает каждая клетка. Именно ДНК, передаваемая от родителей к потомству, определяет унаследованные характеристики каждого отдельного человека. Рибонуклеиновая кислота (РНК), которая бывает нескольких типов, помогает выполнять инструкции, закодированные в ДНК.
Составные части тела, помимо воды и органических соединений, включают различные неорганические минералы.Главными из них являются кальций, фосфор, натрий, магний и железо. Кальций и фосфор, объединенные в кристаллы фосфата кальция, образуют большую часть костей тела. Кальций также присутствует в виде ионов в крови и межклеточной жидкости, как и натрий. С другой стороны, в межклеточной жидкости много ионов фосфора, калия и магния. Все эти ионы играют жизненно важную роль в метаболических процессах организма. Железо присутствует в основном в составе гемоглобина, кислородного пигмента красных кровяных телец.Другие минеральные компоненты организма, обнаруживаемые в незначительных, но необходимых концентрациях, включают кобальт, медь, йод, марганец и цинк.
Организация тела
Клетка — основная живая единица человеческого тела, да и всех организмов. Человеческое тело состоит из триллионов клеток, каждая из которых способна к росту, метаболизму, реакции на раздражители и, за некоторыми исключениями, к размножению. Хотя в организме существует около 200 различных типов клеток, их можно сгруппировать в четыре основных класса.Эти четыре основных типа клеток вместе с их внеклеточным материалом образуют основные ткани человеческого тела: (1) эпителиальные ткани, которые покрывают поверхность тела и выстилают внутренние органы, полости тела и проходы; (2) мышечные ткани, которые способны сокращаться и образуют мускулатуру тела; (3) нервные ткани, которые проводят электрические импульсы и составляют нервную систему; и (4) соединительные ткани, которые состоят из широко расположенных клеток и большого количества межклеточного матрикса и которые связывают вместе различные структуры тела.(Кость и кровь считаются специализированными соединительными тканями, в которых межклеточный матрикс, соответственно, твердый и жидкий.)
многоклеточный организм: организацияНа диаграмме показаны пять уровней организации в многоклеточном организме. Самая основная единица — ячейка; группы подобных клеток образуют ткани; группы разных тканей составляют органы; группы органов образуют системы органов; клетки, ткани, органы и системы органов объединяются в многоклеточный организм.
Encyclopædia Britannica, Inc.Следующий уровень организации тела — это орган. Орган — это группа тканей, которая составляет отдельную структурную и функциональную единицу. Таким образом, сердце — это орган, состоящий из всех четырех тканей, функция которого заключается в перекачивании крови по всему телу. Конечно, сердце не работает изолированно; он также является частью системы, состоящей из крови и кровеносных сосудов. Таким образом, высший уровень организации тела — это система органов.
Узнайте, как сбой в эндокринной системе может повлиять на пищеварительную, кровеносную и выделительную системы.Обсуждение систем органов человеческого тела и их влияния друг на друга.
Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео к этой статьеТело включает девять основных систем органов, каждая из которых состоит из различных органов и тканей, которые работают вместе как функциональная единица. Ниже кратко излагаются основные составляющие и основные функции каждой системы.(1) Покровная система, состоящая из кожи и связанных структур, защищает организм от вторжения вредных микроорганизмов и химикатов; он также предотвращает потерю воды из организма. (2) Скелетно-мышечная система (также называемая отдельно мышечной системой и скелетной системой), состоящая из скелетных мышц и костей (около 206 последних у взрослых), перемещает тело и защищает его внутренние органы. (3) Дыхательная система, состоящая из дыхательных путей, легких и дыхательных мышц, получает из воздуха кислород, необходимый для клеточного метаболизма; он также возвращает в воздух углекислый газ, который образуется как отходы такого метаболизма.(4) Система кровообращения, состоящая из сердца, крови и кровеносных сосудов, обеспечивает циркуляцию транспортной жидкости по всему телу, обеспечивая клетки постоянным снабжением кислородом и питательными веществами и унося продукты жизнедеятельности, такие как углекислый газ и токсичные соединения азота. . (5) Пищеварительная система, состоящая из рта, пищевода, желудка и кишечника, расщепляет пищу на полезные вещества (питательные вещества), которые затем всасываются из крови или лимфы; эта система также устраняет неиспользуемую или избыточную часть пищи в виде фекалий.(6) Выделительная система, состоящая из почек, мочеточников, мочевого пузыря и уретры, удаляет токсичные соединения азота и другие отходы из крови. (7) Нервная система, состоящая из органов чувств, головного мозга, спинного мозга и нервов, передает, интегрирует и анализирует сенсорную информацию и передает импульсы для воздействия на соответствующие мышечные или железистые реакции. (8) Эндокринная система, состоящая из секретирующих гормоны желез и тканей, обеспечивает сеть химических коммуникаций для координации различных процессов в организме.(9) Репродуктивная система, состоящая из мужских или женских половых органов, обеспечивает воспроизводство и тем самым обеспечивает продолжение вида.
Человеческое тело в космосе: отличие фактов от вымысла
Со времени первого двухчасового полета Юрия Гагарина в космос в 1961 году соблазн пилотируемых космических путешествий оказался непреодолимым для ученых, предпринимателей и артистов. Сегодня, когда технологии становятся все более способными обеспечить возможность пилотируемых путешествий на Марс, и воображение Голливуда разгуливается представлениями о космическом будущем человечества (с недавними блокбастерами, такими как Star Trek , Prometheus , Star Wars и даже Wall- E ) появилось много заблуждений о космосе.Космическое пространство часто изображается в фильмах как холодное, негостеприимное место, где постоянный вакуум заставит вашу кровь закипеть, а ваше тело взорвется; в качестве альтернативы, если ни одно из этих событий не произойдет, вы незамедлительно превратитесь в человека-эскимо. Между тем, многие из этих фильмов удобно игнорируют несколько более тонкие, но весьма актуальные опасности длительного космического полета даже в закрытом судне при нормальном атмосферном давлении.
Острое воздействие космического вакуума: нет, вы не замерзнете (и не взорветесь)
Распространено заблуждение, что космическое пространство холодное, но на самом деле в самом космосе нет температуры.С точки зрения термодинамики, температура является функцией тепловой энергии в данном количестве вещества, а пространство по определению не имеет массы. Более того, передача тепла в космосе не может происходить таким же образом, поскольку два из трех методов передачи тепла (теплопроводность и конвекция) не могут происходить без материи.
Что это значит для человека в космосе без скафандра? Поскольку тепловое излучение (тепло печи, которое вы ощущаете на расстоянии или от солнечных лучей) становится преобладающим процессом передачи тепла, можно почувствовать себя немного теплым, если подвергнуться прямому воздействию солнечного излучения, или слегка прохладным, если он затенен от солнечный свет, когда собственное тело человека будет излучать тепло.Даже если вас высадят в глубокий космос, где термометр может показывать 2,7 Кельвина (-455 ° F, температура «космического микроволнового фона», оставшегося от Большого взрыва, пронизывающего Вселенную), вы не замерзнете мгновенно, потому что теплопередача не может произойти так быстро только радиацией.
Отсутствие нормального атмосферного давления (давления воздуха на поверхности Земли), вероятно, вызывает большее беспокойство, чем температура для человека, подвергшегося воздействию космического вакуума [1].При внезапной декомпрессии в вакууме расширение воздуха в легких человека может вызвать разрыв легких и смерть, если этот воздух не будет немедленно выдохнуть. Декомпрессия также может привести к потенциально фатальному состоянию, называемому эбулизмом, когда пониженное давление окружающей среды снижает температуру кипения жидкостей организма и инициирует переход жидкой воды в кровотоке и мягких тканях в водяной пар [2]. Как минимум, эбулизм вызовет отек тканей и синяки из-за образования водяного пара под кожей; в худшем случае это может вызвать эмболию или закупорку кровеносных сосудов из-за пузырьков газа в кровотоке.
Наша зависимость от непрерывной подачи кислорода является более ограничивающим фактором количества времени, в течение которого человек может выжить в полном вакууме. В отличие от того, как легкие должны функционировать при атмосферном давлении, кислород диффундирует на из кровотока, когда легкие подвергаются воздействию вакуума. Это приводит к состоянию, называемому гипоксией или кислородным голоданием. В течение 15 секунд дезоксигенированная кровь начинает поступать в мозг, что приводит к потере сознания [1].Данные экспериментов на животных и несчастных случаев на дрессировке предполагают, что человек может прожить как минимум еще минуту в вакууме без сознания, но не намного дольше [3,4].
Долгосрочные последствия космических путешествий
В то время как влияние неисправности скафандра или декомпрессии на человеческое тело важно осознавать, долгосрочные последствия космического полета, возможно, более актуальны (рис. 1). Многие из непосредственных физиологических воздействий космического полета объясняются микрогравитацией, термином, обозначающим очень малые гравитационные силы.Поскольку жизнь на Земле эволюционировала, чтобы лучше всего функционировать в условиях земного притяжения, возможно, отсутствие гравитации влияет на все системы органов человека. Тело очень адаптивно и может адаптироваться к изменениям гравитационной среды, но эти физиологические адаптации могут иметь патологические последствия или приводить к ухудшению физической формы, что ставит под сомнение способность космического путешественника нормально функционировать по возвращении на Землю.
Рис. 1. Физиологические опасности, связанные с космическими путешествиями.Воздействие окружающей среды в космосе с микрогравитацией и ионизирующим излучением может нарушить сердечно-сосудистую, выделительную, иммунную, скелетно-мышечную и нервную системы. (Иллюстрация Марка Спрингеля, отредактированная Ханна Сомхеджи)
На Земле сердечно-сосудистая система работает против силы тяжести, чтобы предотвратить скопление крови в ногах, таким образом, микрогравитация приводит к резкому перераспределению жидкости от ног к верхней части тела всего за несколько мгновений невесомости [5]. Это явление в просторечии известно астронавтам как «опухшее лицо» или «птичьи лапки», что связано с выраженным отеком лица и уменьшением окружности ног на 10-30%.Хотя жидкости возвращаются к нормальному распределению в течение 12 часов, астронавты часто жалуются на заложенность носа и аномалии глаз после длительного пребывания в космосе [6], которые, вероятно, являются симптомами повышенного внутричерепного давления или давления внутри черепа. Кроме того, происходит уменьшение объема крови, количества эритроцитов и сердечного выброса из-за более низкой нагрузки на сердечно-сосудистую систему по противодействию силе тяжести. Такая акклиматизация физиологически нормальна и не имеет функциональных ограничений в космосе, но после возвращения к земной гравитации каждый четвертый астронавт не может стоять в течение 10 минут без учащенного сердцебиения или обморока [5,7].
Поскольку более половины мышц человеческого тела противостоять гравитационную силу на Земле, опорно-двигательный аппарат акклиматизацию к результатам микрогравитации в глубокой мышечной атрофии, достигая до 50% потери мышечной массы у некоторых космонавтов в течение длительных полетов [5] . Мышечная атрофия, наблюдаемая у астронавтов, очень похожа на атрофию прикованных к постели пациентов, и по возвращении на Землю некоторые астронавты испытывают трудности с простым поддержанием вертикальной позы. Уменьшение нагрузки в пространстве на несущие кости, такие как бедренная кость, большеберцовая кость, тазовый пояс и позвоночник, также вызывает деминерализацию скелета и снижение плотности костной ткани или остеопению.Кальций и другие минералы, содержащиеся в костях, выводятся с мочой в повышенных количествах, поэтому микрогравитация подвергает людей риску не только перелома костей, но и камней в почках [8].
Вестибулярная и сенсомоторная системы, сенсорные сети нашего тела, которые способствуют чувству равновесия и координации движений, соответственно, также подвержены влиянию микрогравитации. Большинство космонавтов в течение первых нескольких дней пребывания в космосе испытывают некоторую космическую болезнь движения или дезориентацию, и эти симптомы обычно исчезают по мере акклиматизации тела [5]; однако некоторые астронавты все еще чувствуют себя неуверенно через несколько месяцев после возвращения на Землю [9].Более того, похоже, что это влияет на нормальный цикл сна, поскольку астронавты постоянно спят меньше и испытывают более неглубокий и беспокойный сон в космосе, чем на Земле [10]. Это может быть связано с сочетанием микрогравитации или изменением цикла света и темноты в космосе. Многие астронавты жалуются на яркие вспышки, которые возникают у них перед глазами при попытке уснуть, что связано с космическим излучением высокой энергии [11].
Атмосфера Земли действует как щит, блокирующий многие вредные типы космической радиации, но люди подвергаются опасному воздействию этой радиации в космическом пространстве (рис. 2).Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца в значительной степени поглощается атмосферой Земли и никогда не достигает ее поверхности, но человек, незащищенный в космосе, получит солнечный ожог от УФ-излучения в течение нескольких секунд. Ультрафиолетовые лучи могут быть заблокированы специально разработанной тканью в скафандрах и защитных экранах на космических кораблях, но ионизирующее излучение и космические лучи более высокой энергии — протоны высокой энергии и тяжелые атомные ядра из-за пределов Солнечной системы — могут проникать сквозь экраны и тела астронавтов, потенциально имея серьезные последствия для здоровья [6].Повреждающее излучение этого типа может вызвать лучевую болезнь, мутировать ДНК, повредить клетки мозга и способствовать развитию рака [12]. Несколько исследований также предполагают, что космическое излучение увеличивает риск раннего начала катаракты [13] и способствует увеличению вероятности заражения астронавтами вирусных и бактериальных инфекций из-за подавления иммунной системы [5].
Что это означает для будущих космических миссий?
Перспектива межпланетных полетов усугубляет известные проблемы со здоровьем, связанные с космическими путешествиями.С нашей нынешней технологией пилотируемая миссия на Марс займет более двух лет, а по самым скромным оценкам, просто добраться до Марса может потребоваться от 6 до 8 месяцев. Измерения радиации, записанные марсоходом НАСА Curiosity во время его полета к Марсу, предполагают, что с помощью современных технологий астронавты будут подвергаться воздействию минимум 660 ± 120 миллизивертов (мера дозы радиации) в течение полета туда и обратно [14]. Поскольку предел воздействия на карьеру НАСА для астронавтов лишь немного превышает 1000 миллизивертов, эти последние данные вызывают серьезную озабоченность.
Рисунок 2 . Примерная доза облучения в нескольких сценариях на Земле и в космосе. Радиационное воздействие, связанное с полетом на Марс и обратно, экстраполировано на основе последних данных Марсианской космической лаборатории (MSL) / марсохода Curiosity. DOE, Министерство энергетики; МКС, Международная космическая станция [14]. (Изображение адаптировано из NASA / JPL Photojournal: PIA02570 и PIA02004; http://photojournal.jpl.nasa.gov)
Помимо недавних данных о радиации, самое продолжительное непрерывное пребывание человека в космосе составляет всего 438 дней [15], и не совсем понятно, как человеческое тело может отреагировать на полет на Марс и обратно.Последствия долгосрочных космических полетов могут быть очень разнообразными, и это требует новых дисциплин, которые могут решить проблему адаптации людей к условиям, для которых мы не были предназначены. Частые упражнения, правильное питание и фармакологическая терапия — это три стратегии, используемые для борьбы с процессом разрушения кондиции, однако некоторое снижение физической формы неизбежно.
Одна из фундаментальных проблем, с которыми сталкиваются ученые, планирующие будущие космические миссии, — это разработка новых технологий, которые могли бы приспособиться к физиологическим ограничениям людей, путешествующих в космосе в течение неопределенных периодов времени.Сегодня большое внимание в исследованиях уделяется разработке технологий, позволяющих быстрее добраться до Марса, создать искусственную гравитацию и снизить радиационное воздействие. Хотя описание космических путешествий в поп-культуре может быть в значительной степени вымышленным, это может быть научная фантастика, которая однажды позволит людям отважиться глубже проникнуть в «последний рубеж».
Марк Спрингель — научный сотрудник отделения патологии детской больницы Бостона.
Артикул:
[1] Канас Н., Мэнси Д.«Основные вопросы адаптации человека к космическому полету». Космическая психология и психиатрия , Дордрехт,: Springer, Нидерланды, 2008. 15-30. Распечатать.
[2] Czarnik, TR. Эбулизм на высоте 1 миллион футов: выживание при быстрой / взрывной декомпрессии . http://www.sff.net/people/Geoffrey.Landis/ebullism.html ”
[3] Shayler DJ. Катастрофы и аварии при пилотируемом космическом полете , Springer-Praxis Books in Astronomy and Space Science: Chichester UK, 2000.
[4] Рот Е.М. (1968).Экстренные случаи быстрой (взрывной) декомпрессии у людей в скафандрах. NASA CR-1223. Контрактный представитель NASA в NASA CR., Ноябрь: 1–125.
[5] Уильямс Д., Койперс А., Мукаи С., Тирск Р. (2009). Акклиматизация во время космического полета: влияние на физиологию человека. CMAJ 180 (11): 1317-1323.
[6] Сетлов РБ (2003). Опасности космических путешествий. Embo Rep, 4 (11): 1013-1016.
[7] Mader TH, Gibson CR, Pass AF, Kraimer LA, et al. (2011). Отек диска зрительного нерва, уплощение глазного яблока, хориоидальные складки и гиперметропические сдвиги, наблюдаемые у космонавтов после длительного космического полета.Офтальмология 118 (10): 2058-2069.
[8] Петржик Р.А., Джонс Дж. А., Самс К. Ф., Уитсон П. А. (2007). Камнеобразование в почках у космонавтов. Aviat Space Environ Med 78 (4 Suppl): A9-13.
[9] Астронавт говорит, что он все еще шатается после месяцев невесомости. New York Times, 2 февраля 1998 г. http://www.nytimes.com/1998/02/02/us/astronaut-says-he-s-still-wobbly-after-months-of-weightlessness.html ”
[10] Бодрствование в космическом пространстве (НАСА): http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast04sep_1/
[11] Наричи Л., Бидоли В., Казолино М., Де Паскаль М. П. и др.(2004). Проекты ALTEA / ALTEINO: изучение функциональных эффектов микрогравитации и космического излучения. Adv Space Res 33 (8): 1352-7.
[12] Townsend LW (2005). Влияние космической радиационной среды на исследование человеком дальнего космоса. Radiat Prot Dosimetry 115 (1-4): 44-50.
[13] Чилак Л.Т., Петерсон Л.Е., Фейвесон А.Х., Wear ML и др. (2009). Исследование НАСА катаракты у астронавтов (NASCA). Отчет 1: Поперечное исследование взаимосвязи воздействия космического излучения и риска помутнения хрусталика.Радиат Рес 172 (1): 10-20.
[14] Цейтлин С., Хасслер Д.М., Кучинотта Ф.А., Эресманн Б. (2013). Измерения излучения энергичных частиц на пути к Марсу в Марсианской научной лаборатории. Science 340 (6136): 1080-1084.
[15] Оставаясь на Земле, делая шаг на Марс, Майкл Швирц. Нью-Йорк Таймс. 30 марта 2009 г. http://www.nytimes.com/2009/03/31/science/space/31mars.html
Дополнительные ресурсы:
Race to Mars: известные эффекты длительных космических полетов на человеческое тело (канал Discovery): http: // www.racetomars.ca/mars/article_effects.jsp
Керр Р.А. (2013). Радиация сделает полет космонавта на Марс еще более рискованным. Наука 340 (6136): 1031
Космический полет вреден для зрения космонавтов, показывают исследования (Space.