Пищеварительная система. Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии

Лекция 3

Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии.

Энергией называется скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Для характеристики различных форм движения материи вводятся соответствующие виды энергии, например: механическая, внутренняя, энергия электростатических, внутриядерных взаимодействий и др.

Энергия подчиняется закону сохранения, который является одним из важнейших законов природы.

Механическая энергия Е характеризует движение и взаимодействие тел и является функцией скоростей и взаимного расположения тел. Она равна сумме кинетической и потенциальной энергий.

Полной механической энергией E называют сумму потенциальной и кинетической энергий.

E = E_п + E_к.

Закон сохранения механической энергии: Полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, остается неизменной при любых взаимодействиях тел системы.

5. Упругие и неупругие удары.

Учебное время: 4 академических часа (4 x 45 мин)

План:

1. Пищеварительная система

2. Обмен веществ

Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Эту энергию организм получает с пищей. В пище содержатся различные вещества, к которым относятся белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины. Минеральные вещества (соли), вода и витамины усваиваются человеком в том виде, в котором находятся в пище. Белки, жиры и углеводы, являясь высокомолекулярными соединениями, не проходят через биологические мембраны и нуждаются в дополнительном расщеплении на более низкомолекулярные соединения.

Пищеварение – процесс расщепления высокомолекулярных соединений с последующим всасыванием продуктов расщепления в кровь и лимфу. При поступлении в организм пища подвергается механической и химической обработке. Эти процессы происходят в органах пищеварения.

Пищеварительный тракт осуществляет следующие функции: секреторную, моторную, всасывательную и экскреторную.

1. Секреторная функция заключается в расщеплении белков, жиров, углеводов под воздействием ферментов. Протеазы – это ферменты, расщепляющие белки. Липазы расщепляют жиры. Амилазы расщепляют углеводы. Все три группы ферментов относятся к гидролитическим ферментам, под воздействием которых белки распадаются до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот, углеводы – до моносахаридов. Ферменты обладают большой специфичностью – каждый из них действует только на определенное химическое соединение или продукты его распада. Большинство ферментов белковой природы и для их проявления необходимы: оптимальная температура 36 – 37^оС; определенная реакция среды. Ферменты даже в очень малых количествах действуют как катализаторы, ускоряя химические превращения, не меняя при этом свою химическую структуру.

2. Моторная, или двигательная функция осуществляется мускулатурой пищеварительного тракта и обеспечивает: жевание, глотание, передвижение пищи по пищеварительному тракту, удаление непереваренных остатков.

3. Всасывательная функция осуществляется слизистой оболочкой желудка, тонкого и толстого кишечника. Этот процесс обеспечивает поступление переваренных органических веществ, солей, витаминов и воды во внутреннюю среду организма.

4. Экскреторная функция проявляется в выведении из внутренней среды веществ в просвет желудочно-кишечного тракта. Железы пищеварительного тракта способны выделять азотистые соединения (мочевину, мочевую кислоту и др.), соли, воду ядовитые и различные лекарственные вещества и продукты их метаболизма.

В пищеварительной системе различают пищеварительный канал (состоит из пищевода, желудка, кишечника) и сообщающиеся с ним выводными протоками пищеварительные железы: слюнные, желудочные, кишечные, поджелудочная и печень. Расщепление пищи невозможно без ферментов, вырабатываемых пищеварительными железами. Каждый фермент действует при определенных условиях, лучше всего при температуре 38 – 40^оС. Ее повышение подавляет активность, а иногда и разрушает фермент. На ферменты оказывает влияние и химическая среда: одни из них активны только в кислой среде (например, пепсин), другие – в щелочной (птиалин и ферменты сока поджелудочной железы).

Пищеварительный канал у человека имеет длину около 8 – 10 м., и на всем протяжении он образует расширения – полости и сужения. Стенка пищеварительного канала состоит из трех слоев:

1. Внутренний слой – представлен слизистым и подслизистым слоями. Клетки слизистого слоя поверхностные, обращены в просвет канала, вырабатывают слизь, а в расположенном под ним подслизистом слое залегают пищеварительные железы. Внутренний слой богат кровеносными и лимфатическими сосудами.

2. Средний слой – включает гладкую мускулатуру, которая, сокращаясь, передвигает пищу по пищеварительному каналу.

3. Наружный слой – состоит из соединительной ткани, образующей серозную оболочку, к которой прикрепляется брыжейка.

Пищеварительный канал подразделяют на следующие отделы: ротовую полость, глотку, пищевод, желудок, тонкий (двенадцатиперстная, тощая, подвздошная кишка) и толстый кишечник (слепая, ободочная, прямая кишка).

Ротовая полость снизу ограничена дном, образованным мышцами, спереди и снаружи – зубами и деснами, сверху – твердым и мягким небом. Задний отдел мягкого неба выпячивается в виде язычка. Сзади и по бокам ротовой полости мягкое небо формирует складки – небные дужки, между которыми лежат небные миндалины. Миндалины есть у корня языка и в носоглотке, в совокупности они образуют лимфоидное глоточное кольцо, где частично задерживаются проникающие с пищей микробы.

В полости рта находится язык, состоящий из поперечно-полосатой мышечной ткани, покрытый слизистой оболочкой. В нем различают корень, тело и кончик. На его поверхности расположены нитевидные, грибовидные и листовидные сосочки, в которых оканчиваются вкусовые рецепторы. Рецепторы корня языка воспринимают горький вкус, рецепторы кончика – сладкий, а рецепторы боковых поверхностей – кислый и соленый. Язык помогает перемешиванию пищи при жевании, смачиванию ее слюной и глотанию. У человека язык вместе с губами и челюстями выполняет функцию устной речи.

В ячейках верхней и нижней челюстей находятся зубы, механически перерабатывающие пищу. У взрослого человека 32 зуба. Они дифференцированы. В каждой половине челюсти имеются 2 резца, 1 клык, 2 малых коренных и 3 больших коренных зуба. Такая зубная система называется гетеродонтной.

В зубе выделяют коронку, шейку и корень. Часть зуба, выступающая на поверхность челюсти над десной, называется коронкой. Она состоит из дентина – вещества, близкого к кости, и покрыта эмалью. Эмаль обладает значительно большей плотностью, чем дентин, и защищает зуб от разрушения. При появлении в эмали трещин в мякоть зуба проникают микробы, вызывая ее воспаление.

Суженая часть зуба, лежащая на границе между коронкой и корнем, окруженная десной, называется шейкой. Часть зуба, сидящая в ячейке челюсти (лунке, или альвеоле) – корень, как и шейка, состоит из дентина. С поверхности он покрыт цементом – веществом, напоминающим кость. Внутри зуба имеется полость, выполненная пульпой – рыхлой соединительной тканью с нервами и кровеносными сосудами, входящими в нее через отверстие на верхушке корня.

Слизистая оболочка рта богата железами, выделяющими слизь. В ротовую полость открываются протоки 3 пар крупных слюнных желез: околоушной, подъязычных и множества мелких. Слюна на 98 – 99% состоит из воды. Из органических веществ в ней содержатся белок муцин и ферменты птиалин и мальтаза.

Ротовая полость сзади переходит в воронкообразную глотку, соединяющую рот с пищеводом. В глотке перекрещиваются пищеварительные и дыхательные пути. В ней различают три части: носоглотку, ротоглотку и гортанную часть глотки. В глотку открываются хоаны (соединяют ее с носовой полостью), отверстия евстахиев труб (связывают глотку с полостью среднего уха) В ротовой части глотка через зев сообщается с полостью рта, а в гортанную часть открываются вход в гортань и отверстие пищевода. Акт глотания происходит в результате сокращения поперечно-полосатых мышц, и пища попадает в пищевод – мышечную трубку длиной около 25 см. Функция пищевода – активное проведение пищевого комка перистальтическими сокращениями мышечной оболочки. Пищевод проходит через диафрагму и на уровне 11 грудного позвонка открывается в желудок.

Желудок – мешкообразный сильно расширенный отдел пищеварительного канала, емкостью около 2 – 3 л., расположенный в верхней части брюшной полости под диафрагмой.

В желудке выделяют входную (кардиа) и прилегающую кардиальную часть желудка. Верхняя часть желудка, выпуклая кверху, называется сводом. Место перехода в двенадцатиперстную кишку называется привратником (пилорус). Часть желудка, прилегающая к привратнику, называется пилорической. А также большую и малую кривизну. Слизистая оболочка складчатая, что при заполнении пищей позволяет желудку растягиваться. В средней части желудка (его теле) находятся железы. Они образованы тремя видами клеток, которые выделяют либо ферменты (главные клетки), либо соляную кислоту (обкладочные клетки), либо слизь, содержащую муцин (добавочные клетки). На выходной части желудка железы, выделяющие кислоту, отсутствуют. Выходное отверстие замыкается сильной запирательной мышцей – сфинктером.

В слизистой оболочке желудка расположено около 14 млн. желез, выделяющих желудочный сок. За сутки у человека отделяется от 1,5 до 2,5 л. желудочного сока, содержащего 0,5% соляной кислоты, ферменты, расщепляющие белки до пептидов (пепсин), створаживающие молоко (химозин), расщепляющие жиры (липаза), слизь. Соляная кислота создает кислую реакцию желудочного сока, переводит в активное состояние ферменты, которые вызывают набухание и денатурацию белков, расщепляют их, способствуют створаживанию молока, оказывает бактерицидное действие, участвует в регуляции пищеварения.

И.П. Павлов изучал секрецию и состав желудочного сока в опытах на собаках. Один из опытов по изучению секреции желудочного сока состоял в перерезке пищевода у собаки и выведении двух образовавшихся концов на поверхность шеи, так, что при кормлении собаки пища выходила наружу через полученное отверстие. Такое «мнимое кормление» приводило к выделению желудочного сока в количестве, равном примерно четверти нормального количества. При перерезке нервов, идущих к желудку, сокоотделение полностью прекращалось. Если пищу вкладывали в ту часть пищевода, которая вела в желудок, но так, что собака не могла видеть пищу и ощущать ее запах и вкус, поступление пищи в желудок вызывало примерно половину нормального количества сока. Это сокоотделение происходило даже при перерезке идущих к желудку нервов, хотя при этом сока выделяется меньше. Следовательно, сокоотделение зависит отчасти от нервной стимуляции желудочных желез импульсами клеток слизистой желудка, отчасти – от действия гормона гастрина. И.П. Павлов предложил еще одну операцию, при которой из дна желудка выкраивали и сшивали маленький, «павловский» желудочек. При кормлении животного пища попадала только в большой желудок, а из маленького желудочка выделялся сок так же, как и в большом, пока пища находится в желудке. Таким образом, регуляция желудочного сока состоит из двух фаз: нервной и гуморальной. Первая начинается раздражением зрительных и обонятельных рецепторов видом и запахом пищи (условно-рефлекторное сокоотделение), Когда пища попадает в рот и раздражает вкусовые рецепторы, происходит безусловно-рефлекторное выделение желудочного сока.

В ходе переваривания пищи в желудке образуются химические вещества, которые вызывают дальнейшее соковыделение (гуморальная фаза), Без нервной фазы невозможны гуморальная фаза и переваривание пищи в желудке. Поэтому И.П. Павлов назвал первую (нервную) фазу аппетитным сокоотделением.

Гладкая мускулатура стенок желудка обладает автоматией и обеспечивает двигательную функцию желудка. К гуморальным факторам, усиливающим сокращения желудка, относятся гастрин, гистамин и ацетилхолин. Тормозят моторику адреналин, норадреналин и энтерогастрон. Далее жидкая или полужидкая пищевая масса, называемая химусом, переходит в тонкий кишечник.

Пища из желудка поступает в тонкий кишечник длиной 5 – 7 м. Его начальный отдел – двенадцатиперстная кишка, переходит в тощую и подвздошную кишку. Двенадцатиперстная кишка (около 25 см) имеет форму подковы. В нее открываются протоки печени и поджелудочной железы. Эвакуация пищи в двенадцатиперстную кишку происходит порциями, благодаря периодическому расслаблению и сокращению сфинктера привратника (пилорического сфинктера). Закрытие выхода из привратника при поступлении солянок кислоты в двенадцатиперстную кишку получило название запирательного пилорического рефлекса.

Печень – самая крупная железа пищеварительного тракта. Она состоит из двух неравных долей и располагается в брюшной полости, справа под диафрагмой; левая доля печени прикрывает большую часть желудка. Вся венозная кровь от кишечника, желудка, селезенки, и от поджелудочной железы поступает в печень через воротную вену. Здесь кровь освобождается от вредных продуктов (детоксикация). На нижней поверхности печени расположен желчный пузырь – резервуар, в котором скапливается желчь, вырабатываемая печенью.

Основную массу печени составляют эпителиальные (железистые) клетки, продуцирующие желчь, которая поступает в печеночный проток, соединяющийся с протоком желчного пузыря, и образующий общий желчный проток, открывающийся в двенадцатиперстную кишку. Цвет желчи желто-бурый, обусловлен пигментом билирубином, образующимся в результате распада гемоглобина. Желчь горькая на вкус, содержит 90% воды и 10% органических и минеральных веществ. В сутки у человека образуется около 1 л. желчи. Она активирует ферменты поджелудочного и кишечного соков, дробит жиры на мельчайшие капли (эмульгирует), увеличивая их поверхность взаимодействия с ферментами. Желчь повышает растворимость жирных кислот, что облегчает их всасывание, стимулирует перистальтику кишок и задерживает гнилостные процессы в кишечнике.

В печени имеются также звездчатой формы клетки, обладающие фагоцитарными свойствами. Таким образом, функции печени многообразны:

1. Выработка желчи для пищеварения;

2. Метаболическая функция печени:

· Обмен углеводов – накопление в клетках печени гликогена (животного крахмала), который здесь же может расщепляться до глюкозы. Печень регулирует поступление глюкозы в кровь, тем самым, поддерживая концентрацию сахара на постоянном уровне.

· Обмен белков – расщепление аминокислот с образованием аммиака, превращающегося здесь в мочевину. Синтез в печени белков фибриногена и протромбина, участвующих в свертывании крови.

· Обмен липидов (синтез липопротеидов – транспортных форм липидов).

· Синтез и накопление витамина А, фибриногена, протромбина, холестерина.

3. фагоцитоз и детоксикация (барьерная функция) – обезвреживание печенью некоторых ядовитых веществ, образующихся в результате гниения белков и поступающих с током крови из толстого кишечника (продуктов всасывания и обмена веществ).

Поджелудочная железа вырабатывает поджелудочный (панкреатический) сок, поступающий в двенадцатиперстную кишку. Сок имеет щелочную реакцию и содержит ряд ферментов, участвующих в расщеплении белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот (трипсин, липаза, амилаза, мальтаза, нуклеаза). Она является железой смешанной секреции. так как ее железистые клетки продуцируют поджелудочный сок, который через систему выводных протоков поступает в двенадцатиперстную кишку, то она относится к железам внешней секреции. Железой внутренней секреции она может считаться потому, что ее особые клетки, называемые островки Лангерганса, выделяют гормоны инсулин и глюкагон, поступающие непосредственно в кровь.

Тонкая кишка образует в брюшной полости много петель. Слизистая стенка тонкой кишки содержит много трубчатых желез, выделяющих кишечный сок, и покрыта тончайшими пальцевидными выростами – ворсинками (2 – 3 тыс. на 1 см²). Их общее количество достигает 4 млн., высота ворсинок около 1 мм. Поверхность ворсинки покрыта однослойным эпителием; в центре ее проходят лимфатический сосуд и артерия, распадающаяся на капилляры. Мембраны клеток, образующих поверхность ворсинок, формируют микроворсинки.

Значительная длина, складчатость тонкого кишечника, наличие ворсинок и микроворсинок увеличивают площадь всасывающей поверхности этого отдела (совместная всасывающая поверхность примерно 200 м², равно по площади теннисному корту).

Благодаря мышечным волокнам и нервным разветвлениям ворсинка способна сокращаться. Это осуществляется рефлекторно в ответ на соприкосновение с пищевой кашицей и усиливает циркуляцию лимфы и крови в период пищеварения и всасывания. Тощая и подвздошная кишки с их ворсинками – основное место всасывания питательных веществ.

Толстая кишка имеет сравнительно небольшую длину – около 1,5 - 2 м, начинается слепой кишкой, имеющей червеобразный отросток – аппендикс, продолжается ободочной кишкой и заканчивается прямой кишкой. Слизистая оболочка толстого кишечника имеет полулунные складки, но ворсинок в ней нет. Брюшина, покрывающая толстую кишку, имеет жировые кольцеобразные складки. Конечный отдел пищеварительной трубки – прямая кишка заканчивается анальным отверстием.

Переваривание пищи. Пищеварение в полости рта.

В ротовой полости пища пережевывается, измельчается зубами и смачивается слюной. Слюна, обволакивая пищу, облегчает ее проглатывание. Здесь осуществляется начальная химическая обработка углеводов ферментами слюны, которые активны при слабощелочной реакции (расщепление крахмала до глюкозы).

Фермент птиалин расщепляет крахмал до промежуточного продукта – дисахарида мальтозы, а фермент мальтаза превращает ее в простой сахар – глюкозу. Действуют они лишь в щелочной среде, но их работа продолжается также в нейтральной и слабокислой среде в желудке до тех пор, пока пищевой комок не пропитается кислым желудочным соком.

Пища действует как раздражитель на нервные рецепторы слизистой оболочки рта, возбуждение которых передается по чувствительным нервам в пищевой центр головного мозга и вызывает рефлекторные ответные реакции органов пищеварения – усиленное выделение пищеварительных соков: слюны, соков желудочного, кишечного и поджелудочной железы, желчи. Тщательное пережевывание пищи значительно увеличивает ее контактную поверхность с ферментами и облегчает дальнейшее переваривание и усвоение питательных веществ.

Пищевой комок, пропитанный слюной, попадает в желудок в результате рефлекторного акта глотания, при котором надгортанник опускается и закрывает гортань, мягкое небо поднимается, закрывая носоглотку; сокращаются мышцы, проталкивающие пищу в глотку и пищевод, который волнообразно сокращается и продвигает ее в желудок.

Пищеварение в желудке. В желудке происходит дальнейшее переваривание пищи под действием желудочного сока, выделяющегося в две фазы.

1. первая фаза – начинается в результате раздражения пищей рецепторов ротовой полости и глотки, а также зрительных и обонятельных рецепторов (вид, запах пищи). Возникшее в рецепторах возбуждение по центростремительным нервам поступает в пищеварительный центр, расположенный в продолговатом мозге, а оттуда – по центробежным нервам – к слюнным железам и железам желудка. Сокоотделение в ответ на раздражение рецепторов глотки и рта является безусловным рефлексом, а сокоотделение в ответ на раздражение обонятельных и вкусовых рецепторов – условным рефлексом.

2. Вторая фаза секреции – вызывается механическими и химическими раздражениями. При этом раздражителями служат мясные, рыбные и овощные отвары, вода, соль, фруктовый сок.

Желудочный сок содержит ферменты пепсин, липазу и соляную кислоту. Пепсин (образуется из неактивного предшественника пепсиногена) действует лишь в кислой среде, расщепляя белки до пептидов. Липаза желудочного сока разлагает только эмульгированный жир (жир молока), Фермент, расщепляющий жиры, проявляет свою активность в щелочной среде тонкого кишечника, куда он поступает в составе полужидкой пищевой кашицы, которую желудок сокращениями своей гладкой мускулатуры выталкивает отдельными порциями в двенадцатиперстную кишку.

Незначительное всасывание некоторых веществ начинается еще в желудке (сахара, растворенные соли, алкоголь, некоторые фармацевтические препараты). Пищеварение в основном заканчивается в тонком кишечнике.

Пищеварение в кишечнике. Пища из желудка небольшими порциями продвигается в двенадцатиперстную кишку, куда поступает желчь, поджелудочный и кишечный соки. Скорость поступления пищи из желудка в нижележащие отделы неодинакова: жирная пища задерживается в желудке долго, молочная и содержащая углеводы переходит в кишечник быстро.

Поджелудочный сок – бесцветная жидкость щелочной реакции. Он содержит ферменты – трипсин и некоторые другие, которые расщепляют пептиды до аминокислот. Амилаза, мальтаза и лактаза действует на углеводы, превращая их в глюкозу, лактозу и фруктозу. Липаза расщепляет жиры на глицерин и жирные кислоты. Продолжительность отделения поджелудочной железой сока, его количество и переваривающая сила зависят от характера пищи.

В тонком кишечнике происходит полостное и пристеночное пищеварение.

Всасывание. После механической и химической (ферментативной) переработки пищи продукты расщепления – аминокислоты, глюкоза, глицерин и жирные кислоты всасываются в кровь и лимфу. Всасывание – сложный физиологический процесс, осуществляемый ворсинками тонкого отдела кишечника и идущий только в одном направлении – из кишечника в ворсинки.

1. Аминокислоты, глюкоза, витамины, минеральные соли в виде водных растворов всасываются в кровь капилляров ворсинок.

2. Жирные кислоты и глицерин (нерастворимы, всасываться ворсинками не могут) переходят в эпителиальные клетки ворсинок, где из них образуются характерные для человеческого организма молекулы жиров, которые поступают в лимфу и, пройдя барьер лимфатических узлов, попадают в кровь.

Большую роль при всасывании жиров играет желчь: жирные кислоты, соединяясь со щелочами и желчными кислотами, омыляются и образуют растворимые соли жирных кислот (мыла), которые легко проходят через стенки ворсинок. Железы толстого кишечника выделяют преимущественно слизь. В толстом отделе кишечника, главным образом, всасывается вода (около 4 л. за сутки). В этом отделе кишечника обитает огромное количество бактерий, при участии которых расщепляется клетчатка (целлюлоза растительных клеток) и синтезируются витамины группы В и К, необходимые организму. Здесь формируются каловые массы, которые удаляются наружу.

Дата добавления: 2014-03-22; просмотров: 265; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!