Физиологические основы охраны труда. Учебное пособие

10

Если возбудимую клетку (нейрон) подвергнуть действию достаточно сильного раздражителя (механического, химического, электрического), то в ответ на него ионы Na+ сначала медленно, а затем лавинообразно устремляются внутрь клетки, неся с собой положительный заряд. Происходит перезарядка мембраны: ее внутренняя поверхность приобретает положительный заряд, а наружная – отрицательный. При перезарядке мембраны возникает потенциал действия – нервный импульс.

Повышение проницаемости мембраны для ионов Na+ длится очень недолго, поэтому длительность потенциала действия измеряется тысячными долями секунды (миллисекундами). Потенциал действия, возникая в возбужденном участке мембраны (он электроотрицателен по отношению к участку, находящемуся в невозбужденном состоянии), становится раздражителем для соседнего участка. Такой механизм обеспечивает продольное распространение нервных импульсов (волны возбуждения) от клетки к клетке.

Процесс возбуждения сопровождается возникновением биотоков и передается по нервному волокну – отросткам нейронов, покрытым оболочкой. Основными свойствами нервных волокон являются возбудимость и проводимость, т. е. возможность проводить полученное возбуждение.

Различают два вида нервных волокон – афферентные и эфферентные. По афферентным волокнам возбуждение передается от периферических тканей и органов тела в центральную нервную систему; по эфферентным – от центральной нервной системы к периферии.

Проведение возбуждения осуществляется строго изолировано по одному нервному волокну и не переходит на другие волокна. Скорость проведения возбуждения по нервному волокну у человека варьирует от 1 до 120 м/сек.

Проведение возбуждения по волокну возможно только в случае его анатомической целостности и нормального физиологического состояния. Возбуждение не проводится также при сдавливании, прекращении кровоснабжения, при сильном охлаждении, отравлении ядами или наркотиками.

Совокупности нервных волокон образуют нервы, связывающие мозг и нервные узлы с другими органами и тканями тела. Нервы формируют нервную систему, главной функцией которой является направленная передача возбуждения и оценка содержащейся в нем информации для управления жизнедеятельностью организма. Реализуются функции нервной системы через рефлексы различной степени сложности.

Рефлекс — это ответная реакция организма на раздражение рецепторов из внешней или внутренней среды, осуществляемая с участием центральной нервной системы.

В основе всякого рефлекса лежит деятельность системы соединенных друг с другом нейронов, образующих так называемую рефлекторную дугу. Пример такой дуги приведен на рис. 4.

Рефлекторная дуга состоит из четырех элементов: рецептора 1, воспри-

11

нимающего внешнее или внутреннее воздействие и в ответ на него образующего нервный импульс; афферентного нервного волокна 3, по которому нервный импульс (возбуждение) передается от рецептора в центральную нервную систему, вставочных нейронов и синапсов, которые передают нервный импульс к эффекторным нейронам; эффекторных нервных волокон, по которым нервный импульс проводится к исполнительному органу (мышце или железе) 4; нервного окончания – эффектора, передающего нервный импульс клеткам или волокнам исполнительного органа 2, деятельность которого в результате рефлекса изменяется.

Рис. 4. Схема рефлекторной дуги:

1 – кожа (рецептор); 2 – скелетная мышца; 3 – чувствительный нерв; 4 – двигательный нерв

Обязательным условием осуществления рефлекса является целостность всех элементов рефлекторной дуги.

1.1.1. Центральная нервная система

Любой вид деятельности представляет собой чрезвычайно сложный комплекс физиологических процессов, в которых главную роль играет центральная нервная система (ЦНС), осуществляющая координацию всех физиологических сдвигов при выполнении того или иного труда. Как было сказано выше, ЦНС включает спинной и головной мозг.

Спинной мозг. Спинной мозг представляет собой длинный тяж цилиндрической формы. Он расположен в позвоночном канале. Вверху спинной мозг переходит в продолговатый мозг, а внизу заканчивается на уровне двух

13

В головном мозге различают 5 отделов: конечный мозг или большие по-

лушария; промежуточный мозг; средний мозг, включающий четверохол-

мие; задний мозг, к которому относится мозжечок; продолговатый мозг.

Впродолговатом мозге располагаются центры многих рефлексов. Через восходящие пути спинного мозга продолговатый мозг получает импульсы от всех рецепторов туловища и конечностей. Здесь находится ряд жизненно важных центров, осуществляющих рефлекторные акты: автоматически работающий дыхательный центр, центр сердечной деятельности, сосудодвигательный центр, центр регуляции обмена веществ.

Через продолговатый мозг осуществляются также защитные рефлексы (мигание, слезоотделение, чихание, кашель), рефлексы глотания, отделение пищеварительных соков.

Помимо рефлекторной функции продолговатый мозг выполняет важную проводниковую функцию, через него замыкаются пути, соединяющие центры больших полушарий, мозжечка и промежуточного мозга со спинным мозгом. Малейшее повреждение промежуточного мозга представляет большую опасность и может вызвать смерть вследствие прекращения дыхания и остановки сердца.

Мозжечок связан со спинным и продолговатым мозгом и вышележащими отделами головного мозга. К нему идут пути, проводящие нервные импульсы от рецепторов мышц, сухожилий, связочного аппарата, от вестибулярного аппарата, от коры больших полушарий. Функции мозжечка сложны: он участвует в регуляции двигательной деятельности организма, дыхания, пищеварения, сердечно-сосудистой деятельности, терморегуляции.

У человека при повреждении мозжечка наступает расстройство движений, это проявляется в нарушении согласованности сокращения различных групп мышц. Действия, требующие тонкой координации движений, оказываются невыполнимыми. Такое состояние называют атаксией (беспорядок). Человек теряет способность нормально ходить (абазия) и стоять (астазия). Резко снижается сила мышечных сокращений, нарушается тонус мышц.

Средний мозг состоит из двух ножек мозга и пластинки четверохолмия.

Всреднем мозге расположены центры ориентировочных рефлексов, возникающих в ответ на зрительные и звуковые раздражения. Они проявляются в повороте головы и туловища в сторону раздражителя.

Над средним мозгом расположен промежуточный мозг. В нем выделяют 4 части: зрительные бугры (таламус), подбугорную область (гипоталамус), надбугорную и забугорную области.

Таламус играет роль центра переключения нервных импульсов, поступающих к нему из спинного мозга и низших отделов головного мозга. Таламус регулирует и координирует внешние проявления эмоций.

Вгипоталамусе находятся высшие центры вегетативной нервной системы, регулирующие температуру тела, давление крови, водный баланс, угле-

14

водный и жировой обмен.

Надбугорная область связана с восприятием обонятельных раздражений, а забугорная – с регуляцией зрения и слуха.

Конечный мозг представлен большими полушариями. Кора больших полушарий является высшим отделом ЦНС и состоит из слоя серого вещества толщиной 2 – 3 мм. Она содержит около 14 млрд. нервных клеток. Благода-

ря многочисленным бороздам и извилинам площадь поверхности коры достигает 2 м2.

Для коры головного мозга характерны высокая скорость обмена и высокий уровень окислительных процессов. При относительно небольшом весе (всего 2 % от веса тела) кора потребляет около 18 % кислорода, поступающего в организм. Корковые клетки чувствительны к изменению постоянства внутренней среды (гомеостаза), особенно к содержанию кислорода в крови, поэтому даже кратковременное прекращение кровообращения (на несколько секунд) приводит к потере сознания, а через 5 – 6 минут мозг погибает.

Одной из важнейших функций коры больших полушарий является аналитическая. Академик И.П. Павлов рассматривал кору, прежде всего, как сложную систему корковых концов анализаторов, в которых происходит анализ действующих на организм раздражителей и синтез ответных реакций. В связи с этим кора больших полушарий является высшим органом координации рефлекторной деятельности.

Благодаря способности к выработке временных связей кора больших полушарий представляет собой орган приобретения и накопления индивидуального жизненного опыта. Процессы, протекающие в коре головного мозга человека, являются физиологической основой сознания, восприятия, памяти, мышления, воли.

Высшая нервная деятельность. Деятельность коры больших полушарий, как и других отделов нервной системы, имеет рефлекторный характер.

Существуют два вида рефлексов – безусловные и условные. Безусловные рефлексы — это унаследованные от предков, врожденные

рефлекторные реакции, приобретенные в результате эволюционного развития. Они носят название инстинктов и протекают по врожденной рефлекторной дуге. Основными безусловными рефлексами являются сосательный, пищевой, оборонительный, половой.

Безусловные рефлексы, возникающие при действии раздражителей внешней и внутренней среды, имеют огромное значение для регуляции таких функций, как кровообращение, дыхание, пищеварение, обмен веществ, выделение, терморегуляция и др., но их недостаточно для того, чтобы обеспечить приспособление организма к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.

В процессе индивидуального развития человека вырабатываются условные рефлексы. Условные рефлексы – индивидуально приобретенные в про-

15

цессе жизнедеятельности реакции, содействующие и обеспечивающие приспособление данного организма к изменяющимся условиям окружающей среды. Условные рефлексы носят временный характер, могут исчезать, если необходимость в них отпадает, и снова появляться в ответ на новые раздражения.

Понятие об условных рефлексах лежит в основе учения И.П. Павлова о первой и второй сигнальных системах.

Сигналами называются все раздражители (звук, свет, давление, химические вещества, предметы, компоненты пищи и другие факторы окружающей среды), воздействующие на рецепторы (органы чувств человека) и вызывающие те или иные рефлексы.

Деятельность коры, связанную с восприятием непосредственных раздражителей из внешней среды, называют первой сигнальной системой. Раздражители первой сигнальной системы являются конкретными, каждый из которых воздействует только на определенные органы чувств.

В то же время у человека пусковым механизмом рефлексов могут быть не только непосредственные раздражители, но и их речевые обозначения, символы явлений. Деятельность коры, связанная с речью, называется вто-

рой сигнальной системой.

Особенностью второй сигнальной системы является отвлечение и обобщение раздражителей первой сигнальной системы. Вторая сигнальная система является всеобъемлющей, способной обобщить и заменить все раздражители первой сигнальной системы, она представляет собой физиологическую основу речи и мышления человека.

\

1.1.2. Вегетативная нервная система

Важную роль в приспособлении организма к меняющимся условиям среды выполняет также вегетативная нервная система. При изменении внешних условий возникающие в ЦНС тормозящие или возбуждающие импульсы через вегетативную нервную систему приспосабливают работу внутренних органов к этим изменениям.

Вегетативная нервная система – это часть периферической нервной системы, регулирующая непроизвольную активность внутренних органов и обмен веществ. Так как функции вегетативной системы не подконтрольны нашему сознанию, то ее называют автономной.

В вегетативной нервной системе выделяют два функционально различных отдела: симпатический и парасимпатический.

Симпатическая нервная система – это часть вегетативной нервной системы, у которой второй промежуточный нейрон лежит в нервных узлах, расположенных вдоль позвоночника.

Парасимпатическая нервная система – часть вегетативной нервной системы, у которой второй промежуточный нейрон располагается непосредственно в иннервируемом органе.

16

Симпатическая нервная система регулирует деятельность всех тканей и органов нашего тела. Медиатором при передаче возбуждения с нервного волокна на иннервируемый орган является адреналин.

Парасимпатическая нервная система также регулирует деятельность почти всех тканей и органов, но симпатическая и парасимпатическая системы оказывают, как правило, противоположное воздействие на иннервируемые органы (см. табл. 1). Это позволяет организму быстро и точно регулировать деятельность внутренних органов, поддерживая гомеостаз.

Таблица 1 Действие симпатического и парасимпатического отделов периферической нервной системы на различные органы

1.2. Значение и основные характеристики анализаторов

Целесообразная и безопасная деятельность человека основывается на постоянном получении и анализе информации о внешней среде и о своем внутреннем состоянии для своевременного приспособительного реагирования. Все раздражения, действующие на организм извне и возникающие в нем самом, человек воспринимает при помощи органов чувств, включающих органы зрения, слуха, гравитации, обоняния, вкуса, осязания.

Получение от органов чувств информации о состоянии и изменении внешней и внутренней среды и ее переработку осуществляют анализаторы.

Анализаторы – функциональные сенсорные системы, обеспечивающие качественный и количественный анализ воздействующих на организм раздражителей. В структуре каждого анализатора можно выделить три отдела:

периферический отдел – рецепторы, располагающиеся чаще всего в органах чувств, воспринимающие раздражения и преобразующие их в нервные импульсы;

проводниковый отдел – нервные пути, по которым нервные импульсы передаются в кору больших полушарий головного мозга;

центральный отдел (нервные центры) – это чувствительные зоны в коре головного мозга, преобразующие полученное раздражение в определенное ощущение.

В упрощенном виде схемы анализаторов представлены в таблице 2.

17

Таблица 2

Схемы анализаторов

Основной характеристикой анализаторов является чувствительность – свойство живого организма воспринимать раздражения, обусловленные действием раздражителей из внешней или внутренней среды. Чувствительность характеризуется величиной порога ощущения. Различают абсолютный и дифференциальный пороги ощущения.

Абсолютный порог ощущения – это минимальная сила раздражения, при которой возникает ощущение.

Дифференциальный (разностный) порог ощущения – это минимальная величина, на которую нужно усилить раздражитель, чтобы получить минимальное изменение ощущения.

Опытами установлено, что величина ощущения изменяется медленнее, чем сила раздражителя. Согласно основному психофизическому закону Ве- бера-Фехнера интенсивность ощущения E пропорциональна логарифму силы раздражителя: E = K·ln R, где R – сила раздражителя; К – константа, определяемая данной сенсорной системой.

Для каждого анализатора характерна минимальная длительность воздей-

18

ствия раздражителя, необходимая для возникновения ощущения. Время от начала воздействия до появления ощущения, называют латентным периодом. Его величина для различных анализаторов составляет от 0,09 до 1,6 с.

1.2.1. Зрительный анализатор

Человек получает более 80 % всей информации о внешней среде благодаря освещению через зрительный анализатор. Под воздействием потока лучистой энергии возникают световые и цветовые ощущения, уровень которых зависит от яркости и освещенности рассматриваемых предметов, объектов, окружающих поверхностей.

Зрительный анализатор, как и любой другой анализатор, состоит из трех функциональных частей. Периферическую часть в зрительном анализаторе представляет собой важнейший из органов чувств – орган зрения – глаз. Глаз состоит из глазного яблока (рис. 6), имеющего почти шаровидную форму, глазодвигательных мышц, век, слезного аппарата.

Рис. 6. Схема строения глаза человека:

1 – фиброзная оболочка; 2 – роговица; 3 – зрачок; 4 – радужная оболочка; 5 – хрусталик; 6 – цилиарная мышца; 7 – стекловидное тело; 8 – сетчатка; 9 – зрительный нерв; 10 – сосудистая оболочка; 11 – желтое пятно; 12 – центральная ямка

Свет попадает в глаз через прозрачную часть фиброзной оболочки 1 – роговицу 2, зрачок 3 – отверстие переменной величины в центре радужной оболочки 4; далее свет проходит через хрусталик 5, имеющий форму двояковыпуклой линзы, стекловидное тело 7 и затем попадает на светочувствительные фоторецепторные клетки сетчатки 8. Цилиарная мышца 6 регулирует кривизну поверхности хрусталика, обеспечивая способность глаза к аккомодации.

Аккомодация – приспособление к ясному видению предметов, находящихся на различных расстояниях от глаза. На рисунке нижняя часть хрусталика показана в состоянии покоя, верхняя – при аккомодации. Аккомодация включает два процесса, каждый из которых будет рассмотрен отдельно.

19

Рефлекторное изменение диаметра зрачка. При изменении интенсив-

ности освещения рефлекторное сокращение кольцевых и радиальных мышц глаза изменяет диаметр (просвет) зрачка. Благодаря этому зрачок обладает способностью регулировать количество света, попадающего на сетчатку, предотвращая ее повреждение. Чем ярче свет, тем уже зрачок, тем меньше света попадает на сетчатку, и наоборот (рис. 7). Когда яркость уменьшается

– зрачок увеличивается. Предельные размеры зрачка 2 и 8 мм можно наблюдать солнечным днем и темной ночью, соответственно.

Рис. 7. Реакция радужной оболочки (зрачка) на изменение освещенности

Дополнительное преимущество за счет сужения зрачка состоит в том, что увеличивается глубина резкости, и поэтому различия в расстоянии от объекта до глаза меньше сказываются на изображении.

Сетчатка образована огромным количеством светочувствительных клеток. Строение этих клеток и их работа во многом объясняют механизм зрительного восприятия света, в том числе механизм цветового зрения. Светочувствительные клетки сетчатки делятся на две группы. Из-за своей характерной формы эти клетки получили название палочек и колбочек (рис. 8).

Рис. 8. Светочувствительные клетки сетчатки глаза

Палочки и колбочки плотно примыкают друг к другу удлиненными сторонами. Размеры их очень малы: длина палочек 0,06 мм, диаметр 0,002 мм, длина и диаметр колбочек 0,035 мм и 0,006 мм, соответственно. Сетчатка глаза человека содержит 125 млн палочек и 6,5 млн колбочек. Плотность размещения палочек и колбочек на различных участках сетчатки составляет