Строение и функции больших полушарий головного мозга. Обмен веществ и энергии. Возрастные особенности обмена веществ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Российский государственный профессионально- педагогический университет»
Кемеровский филиал
Кафедра дизайна
Контрольная работа № 1
«ВОЗРОСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ И ПСИХОФИЗИОЛОГИЯ»
по теме: Строение и функции больших полушарий головного мозга.
Обмен веществ и энергии. Возрастные особенности обмена веществ
Вариант № 12
Студент гр. Кр-114С ИД
Преподаватель Козлов В. И.
Кемерово
Строение и функции полушарий головного мозга
головной мозг обмен веществ
В биологической системе человеческого организма важнейшим органом является головной мозг и его главная часть, большие полушария головного мозга. Изучение и анализ его определяющей роли в мыслительных, физиологических, нервных, психических, двигательных и других процессах организма, является важнейшей задачей, как в медицине, так и в других науках, занимающихся изучением человеческого организма, его функциональных возможностей и потенциала.
Головной мозг является передним отделом центральной нервной системы, расположен в полости мозгового черепа, защищающего его от воздействий внешней среды. Представляет собой мягкую губчатую массу нервных клеток. Снаружи покрыт тремя оболочками: твёрдой, паутинной и мягкой, которые отделены друг от друга межоболочным пространством. Твёрдая оболочка головного мозга является одновременно надкостницей на внутренней поверхности костей черепа, и связана с ними не прочно. У основания черепа оболочка имеет отростки, проникающие в щели и отверстия костей черепа, и достаточно прочно здесь прикрепляется. Несколько отростков имеющихся на внутренней поверхности твёрдой оболочки проникают в продольную щель большого мозга и отделяют друг от друга его полушария. Внутри от твёрдой оболочки располагается паутинная оболочка головного мозга, участвующая в процессе оттока спинномозговой жидкости в венозное русло. Мягкая оболочка, имеющая два слоя внутренний и наружный, между которыми проходят кровеносные сосуды и состоящая из соединительной ткани, срастается с наружной поверхностью мозга, и является самой внутренней. Кровеносные сосуды мягкой оболочки проникают в ткань мозга и обеспечивают приток и отток крови, приносящей кислород и питательные вещества и уносящей конечные продукты обмена.
Сам мозг как бы омывается особой жидкостью - ликвором (цереброспинальной жидкостью) и условно делится на три основные части: полушария (правое и левое), мозжечок и ствол мозга. В переднем мозгу выделяют: большие полушария, таламус, гипоталамус и гипофиз.
Большие полушария - самая обширная часть головного мозга, составляющая у взрослого человека от 1200 до 1500 гр. Это наиболее развитая, самая крупная и функционально наиболее важная часть центральной нервной системы, содержит высшие нервные центры, составляющие основу сознания, интеллекта, личности, речи, понимания. Эта часть головного мозга делится продольной бороздой на два полушария: правое и левое, соединённые между собой мозолистым телом, сводом и передней спайкой, прикрывая собой все остальные части головного мозга.
Каждое из полушарий головного мозга состоит из лежащих в глубине скоплений ядер серого вещества, которые содержат многие важные центры, расположенный над ними крупный массив белого вещества, покрывающий полушария снаружи толстый слой серого вещества, с многочисленными извилинами составляющий кору головного мозга.
По особенностям расположения большие полушария головного мозга делят на четыре доли: затылочную, височную, теменную, лобную и островковую, первые четыре доли находятся на поверхности и прикрывают собой островок, находящийся в глубине латеральной борозды. Каждая из долей несёт на себе определённую функциональную нагрузку. Лобная доля отвечает за двигательный центр речи, область слухового восприятия и область контроля произвольных движений. Височная доля за область сенсорной, зрительной и слуховой памяти, затылочная за область зрительного восприятия, теменная за область тактильной чувствительности и основной центр восприятия речи с использованием слов.
Всю площадь полушарий покрывает кора мозга, толщина её составляет в среднем от 2 до 3 мм. Кора головного мозга, высший отдел центральной нервной системы, и является самой сложной частью мозга человека. Поверхность коры имеет сложный рельеф, покрыта бороздами, между которыми лежат извилины, увеличивающие её поверхность, составляющую у взрослого человека в среднем от 1400 до 2000 кв.см.
Наиболее глубокая, латеральная борозда которая, является границей между лобной, теменной и височными долями и идёт от нижней поверхности полушарий назад и вперёд.
Центральная борозда начинается приблизительно от середины верхнего края полушарий и проходит вниз и вперёд, но не достигает латеральной борозды. Центральная борозда отделяет лобную долю от теменной, вокруг центральной борозды лежат пре центральная и постцентральная извилины. В лобной доле находятся две или три лобные борозды, нижнюю её поверхность прорезают орбитальная и обонятельная борозды. На последней находится обонятельный тракт. Поверхность височной доли отмечена двумя бороздами, идущими параллельно латеральной борозде, которые делят поверхность мозга на верхнюю, среднюю и нижнюю извилины.
Теменная доля делится на нижнюю и верхнюю доли, её прорезает межтеменная борозда. По внутренней поверхности затылочной доли проходят шпорная и теменно - затылочная борозды. По внутренней поверхности полушария проходят борозда мозолистого тела и поясная борозда; между ними лежит поясная извилина, входящая в состав лимбической области. Лимбическая область расположена в глубине мозга на стыке двух полушарий и имеет отношение к вегетативным функциям, и играет важную роль в формировании эмоций и памяти.
Состоит кора головного мозга из серого вещества, которое образуют нервные клетки - нейроны, генерирующие и передающие нервные импульсы. В ней находится большинство всех нервных клеток, общее их количество достигает 9 - 15 млрд. Клетки различны по форме и величине и лежат друг под другом шестью слоями. Они упорядочены и по вертикали, клетки одного типа расположены друг под другом и образуют вертикальные колонки, функционирующие группами или самостоятельно. Поверхность коры в зависимости от особенностей клеточного состава условно разделяют на зоны - поля. В центре этих полей находятся скопления специализированных клеток, отвечающие за определённые функции мозга, называемые ядром анализатора, функция которого состоит в том, чтобы разбирать информацию, поступающую из внутренней и внешней среды. По краям полей находятся клетки с менее выраженной функцией. Между областями не существует строго определённых границ. Клетки одной области перемещаются в соседние, при необходимости замещая утраченные, и приобретая их функции. При этом анализаторы находятся в постоянном взаимодействии и взаимном обмене друг с другом и различными процессами организма. В анализе и синтезе поступающих импульсов и формирование ответной реакции на них задействованы значительные участки коры мозга.
В предцентральной извилине находится ядро анализатора реагирующего на раздражения исходящие от костей, суставов, скелетных мышц и их сухожилий. Здесь формируются процессы, связанные с двигательными условными рефлексами. Ядро двигательного анализатора осуществляющего функцию одновременного поворота головы и глаз в противоположную сторону находится в средней лобной извилине. Такой поворот происходит и при раздражении зрительного анализатора расположенного в затылочной доле. В левой нижней теменной доле находится двигательный анализатор, который несёт на себе функции совокупности сложных движений, выработанных индивидуальной практикой, они выработаны по принципу временных связей и осуществляются через связь с предцентральной извилиной. Ядро анализатора импульсов идущих от внутренностей, непроизвольной мускулатуры, сосудов и желёз кожи находится в нижних отделах передней и задней центральных извилин. В средней части верхней височной извилины, на поверхности, обращённой к островку, лежит ядро слухового анализатора. Ядро зрительного анализатора находится в затылочной доле. В нижней постцентральной извилине находится ядро вкусового анализатора. Ядро анализатора кожной чувствительности лежит в постцентральной извилине. Одна группа нейронов выполняет функцию анализа, другая осуществляет синтез, третья объединяет импульсы, идущие от различных органов чувств и отделов мозга.
Процесс координации функций коры больших полушарий головного мозга, осуществляется двумя нервными процессами, возбуждения и торможения. Процессы возбуждения связаны с активной деятельностью коры, с образованием новых условных связей, а процессы торможения направлены на изменение этой деятельности, на прекращение возникшего в коре возбуждения. Процесс торможения, так же как и процесс возбуждения, является активным процессом, только противоположного действия, и работа нервных клеток не прекращается. Процесс торможения обеспечивает условия для восстановления работоспособности клеток, предохраняет их от истощения и разрушения. Такое же значение для работы мозга имеет сон, во время которого отдыхают клетки, работавшие днём, но работа мозга не прекращается. Существует два вида торможения, внутреннее и внешнее. Особой формой внутреннего является охранительное торможение. Оно является причиной очень сильных или длительно действующих раздражителей, и как только раздражение нервных клеток достигает определённого предела, включается охранительное торможение. Раздражители первой сигнальной системы - предметы и явления окружающего мира: зрительные, вкусовые, осязательные, обонятельные. Эта система существует как у человека, так и у животных. Раздражителями второй сигнальной системы являются результаты общественной, разумной деятельности человека - это слова и словосочетания, в животном мире её не существует.
Кора - это совокупность анализаторов, единая воспринимающая поверхность, под контролем которой находится деятельность каждого органа организма.
Белое вещество - нервные волокна, которые формируют проводящие пути, связывающие между собой различные отделы мозга, а так же образуют нервы, выходящие за пределы центральной нервной системы и идущие к различным органам, мышцам и железам. Входящие пути несут мозгу сенсорную информацию, а по нисходящим путям от головного мозга к спинному передаются двигательные сигналы.
Ниже коры залегают базальные ядра, ряд важных мозговых структур, представляющих собой скопления нервных клеток внутри полушарий. Полосатое тело, состоящее из хвостатого и чечевицеобразного ядер, соединённых между собой, являются подкорковыми двигательными центрами и участвуют в регуляции координированных движений. Там же располагаются тонкая пластинка серого вещества - ограда, а в переднем отделе височной доли лежит миндалевидное тело. Между базальными ядрами и зрительным бугром находятся прослойки белого вещества, внутренняя, наружная и самая наружная капсулы. Через внутреннюю капсулу проходят проводящие пути. Полостями большого мозга являются боковые желудочки, правый и левый, залегают они ниже уровня мозолистого тела в обоих полушариях и сообщаются через межжелудочковые отверстия с третьим желудочком.
Левое и правое полушарие головного мозга имеют неравнозначное функциональное значение. Левое полушарие отвечает за логическое абстрактное мышление, связанное с аналитическим восприятием, символами, словами. Правое - управляет образным мышлением, интуицией, ориентированием в пространстве, восприятием интонаций речи - чувственным восприятием
Все отделы головного мозга взаимосвязаны, они соединены с нижележащими отделами головного мозга, которые осуществляют важнейшие жизненные функции. Подкорковые образования регулируют деятельность врождённых - безусловных рефлексов и несут функции процессов связанных с эмоциями. Мозг посредствам синтеза обрабатывает информацию, поступающую из внутренней и внешней среды, на основе доминирующей в данный момент потребности, использует прошлый опыт решения аналогичных задач, хранящийся в разных его структурах, анализирует его и принимает решения. Мозг не ограничивается работой связанной только с текущим воздействием, он планирует, моделирует будущее и его результаты. Это самая важная особенность его работы.
Важнейшими функциями мозга стали - обработка сенсорной информации, поступающей от органов чувств, планирование, принятие решений, координация, управление движением, положительные и отрицательные эмоции, память, внимание, мышление, восприятие речи.
Большой мозг пластичная структура, что играет важную роль в приобретении им новых навыков. У человека он стал органом управления всеми формами поведения.
Обмен веществ и энергии. Возрастные особенности обмена веществ
Обмен веществ, представляет собой цепь химических реакций и процессов в организме, при которых происходит поступление веществ, преобразование, усвоение, использование в процессах жизнедеятельности и выделение отработанных соединений в окружающую среду.
Питательные вещества, поступающие с пищей, являются источником энергии необходимой для протекания процессов в организме и пластическим материалом для построения и обновления клеток тела.
Основными веществами, играющими главную роль в эти сложных процессах биосинтеза, являются белки, жиры и углеводы. Функции регулятора обмена берут на себя витамины, минеральные вещества и соли.
Первый уровень представляет собой, распад пищевых продуктов, соединяясь с кислородом, доставленным системой дыхания, выделяют энергию. Этот процесс представляется как обычный процесс горения, быстрого (аэробного) с потреблением кислорода, или медленного (анаэробного) с присутствием кислорода, но без его расхода. В обоих случаях энергия поглощается молекулой АТФ, при её образовании.
Молекула АТФ (аденозинтрифосфата) - это главный универсальный аккумулятор и поставщик энергии в клетках всех живых организмов.
Второй уровень представляет собой гидролиз молекул АТФ и выделение этой запасённой энергии в том месте, где эта молекула соединяется с водой. В отсутствии молекул воды снабжение энергией клеток прекращается и организм погибает.
Конечным продуктом окисления является образование воды, газа, аммиака, соединений фосфора, натрия, хлора. Удаление конечных продуктов обмена осуществляется кровью, лёгкими, потовыми железами, органами мочевыделения, что является конечной стадией обмена веществ. При процессах диссимиляции химическая энергия переходит в тепловую, электрическую и механическую, необходимые для работы мышц и других органов, для поддержания постоянной температуры тела.
Процесс ассимиляции, или пластического обмена, связан с потреблением и синтезом веществ, необходимых организму для развития и жизнедеятельности. В процессе ассимиляции, происходит создание сложных по своему химическому строению органических веществ из более простых, характерных для данного организма и накопление потенциальной энергии.
Белковый набор каждого человека является строго уникальным и специфическим. Поступая в организм человека с пищей, в пищеварительном тракте под воздействием ферментов белки расщепляются до аминокислот, которые в тонком кишечнике всасываются в кровь и через кровеносные капилляры поступают в печень. Здесь избыточные аминокислоты теряют свой азот и превращаются в жиры и углеводы. Основная часть аминокислот разносится кровеносной системой по всему организму, где из них синтезируется свойственный для этой ткани тип белка. В качестве источника энергии белки используются организмом только при истощении запасов углеводов и жиров, белки превращаются в глюкозу и подвергаются биологическому окислению с выделением энергии, которая может быть использована организмом. В запас белки организмом не откладываются, а излишки выводятся вместе с жидкостью. Во взрослом организме в норме количество синтезируемого белка равно количеству распадающихся тканевых и пищевых белков. Такое состояние называется белковым равновесием. Белковое равновесие является не постоянным, так как в организме не создаётся запаса белков, равновесие может устанавливаться при различных количествах потребляемого белка в определённых пределах. В период роста или восстановления сил после болезни баланс становится положительным. Белки входят в состав ферментов, гормонов, образуют гемоглобин и антитела крови.
Жиры являются одним из важнейших источников энергии в жизнедеятельности организма. В пищеварительном тракте жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот. В кишечнике жир синтезируется и всасывается через лимфатическую систему, направляясь к клеткам, где используется как строительный материал для клеточных мембран и структурных оболочек тканей и органов. Накапливаясь, в основном в подкожной клетчатке, жир используется как долговременный энергетический запас. Некоторые ненасыщенные жирные кислоты, содержащиеся в основном в растительных жирах, не синтезируются организмом и являются не заменимыми. Жиры в организме выполняют множество функций. Без некоторых типов жиров не возможно усвоение витаминов и минеральных веществ, из них образуются некоторые гормоны и биологически активные вещества. В организме жиры выполняют защитную, амортизационную, терморегулирующую и пластическую функции. При их распаде выделяется не только много энергии, но и образуется много воды, что необходимо для поддержания водного обмена.
Углеводы являются основным источником энергии в организме. Процессы окисления углеводов происходят гораздо легче и быстрее, чем окисление белков. Сложные углеводы начинают расщепляться в ротовой полости под действием фермента слюны. В кишечнике под действием ферментов, выделяемых поджелудочной железой, они расщепляются до глюкозы и других простых углеводов. В тонком кишечнике продукты распада всасываются в кровь и направляются в печень, где излишки сахаров задерживаются и превращаются в гликоген и другие вещества. Откладывается гликоген не только в печени, он может накапливаться в мышцах. Гликоген служит долговременным энергетическим запасом и может быть превращён в глюкозу. При необходимости глюкоза поступает в кровь, как из гликогена печени, так и из гликогена содержащегося в мышцах. Основная часть глюкозы разносится кровеносной системой по клеткам всего организма, где она, вступая в реакцию с кислородом, выделяет энергию. Концентрация глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне с помощью гормонов поджелудочной железы. О состоянии углеводного обмена можно судить по содержанию сахара в крови. Распадаясь на углекислый газ и воду, глюкоза является источником энергии, для многих процессов в организме.
Важные функции в организме выполняет вода и минеральные соли. Не являясь источником энергии, они несут на себе функции регулятора обменных процессов в организме. Все химические реакции в клетках происходят на основе воды, она обладает хорошими растворяющими свойствами, и в составе различных биологических жидкостей выполняет транспортную и терморегулирующую функции в организме.
Минеральные соли необходимы для сбалансированной работы всех систем организма. Они входят в состав всех тканей участвующих в процессе ассимиляции: содержатся в клеточных ядрах, пищеварительных соках, необходимы для синтеза гемоглобина, необходимы для развития костно-мышечной и нервной систем. В зависимости от количества солей, необходимых для полноценной работы организма входящие в их состав элементы подразделяются на макро и микроэлементы. Минеральные соли необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия в клетках тела и внутренней среде организма.
Витамины так же выполняют регулирующую роль в процессах обмена. Не смотря на то, что эти органические вещества требуются организму в небольших количествах, без них процесс обмена веществ невозможен. Витамины делятся на две группы: водорастворимые и жирорастворимые. Они входят в состав ферментов, способствуют действию гормонов. При недостатке витамина активность фермента снижается, в результате реакции, которые он ускоряет, замедляются или прекращаются, что ведёт к нарушению обмена веществ. К основным и наиболее важным витаминам относятся: С, А, Д и группы В. Витамины имеют свойства повышать устойчивость организма к неблагоприятным условиям среды.
Пища, состоящая из белков жиров и углеводов, является источником энергии для организма. Количество выделяемой энергии при усвоении пищи, составляет калорийность и энергетическую ценность продуктов питания. Потребность в пищевых продуктах для производства необходимой энергии зависит от возраста, образа жизни, интенсивности мышечной работы, от времени прошедшего с момента предыдущего приёма пищи, от температуры окружающей среды.
Объёмы энергозатрат организма меняются, но сам обмен происходит непрерывно, даже во время сна в теле человека, не переставая, функционируют внутренние органы: сердце, лёгкие, нервная система и т. д., в состоянии покоя и сна организму тоже необходима энергия на поддержание внутренней жизнедеятельности. Особенно сильно расход энергии увеличивается при физических нагрузках, во время работы мышц, соответственно у людей занимающихся тяжёлым физическим трудом и спортом пища должна быть более калорийной, а объёмы её более значительными. Количество пищи, которую человек съедает за свою жизнь, во много раз превышает его собственную массу, что говорит о высокой скорости обмена веществ в организме.
Свои особенности имеет процесс обмена веществ и энергии в детском возрасте. Эти процессы особенно активно происходят во время роста и развития детей и подростков, что является одной из характерных особенностей растущего организма. В период взросления происходят качественные изменения и перестройка обменных процессов. Этот этап жизни характеризуется положительным балансом, то есть количество поступающих белков превышает распад, организм ребёнка создаёт определённые резервы веществ и энергии. Идёт общий повышенный основной обмен веществ и повышенные энергетические затраты, что требует процесс построения новых тканей. Соответственно этому велика потребность в белках, жирах и углеводах. Процессы эти тем больше, чем меньше ребёнок. С возрастом процессы обмена веществ замедляются.
Для растущего организма, так же как и для взрослого белок является основным пластическим материалом, из которого образуются различные клеточные структуры. Отсутствие в пище любой из незаменимых аминокислот, являющихся составляющей белка, вызывает серьёзные нарушения жизнедеятельности организма, особенно растущего. Белковое голодание приводит к задержке, а затем и к полному прекращению роста и физического развития.
Жир составляет 1/8 части тела ребёнка, является носителем энергии, способствует усвоению жирорастворимых витаминов, защищает организм от переохлаждения, является структурной частью многих тканей. Отдельные ненасыщенные жирные кислоты необходимы для роста и нормальных функций кожи. С возрастом потребности ребёнка в жирах увеличиваются.
Углеводы организм использует в основном как энергетический материал. Потребности в углеводах детей и подростков значительно меньше, чем у взрослого человека, особенно в первые годы жизни. В организме ребёнка происходит более полноценное и быстрое усвоение углеводов и большая устойчивость к избытку сахара в крови.
Содержание воды, особенно на первых этапах развития в детском организме значительно выше, чем во взрослом. Большое её содержание связано с большей активностью обменных реакций в быстро растущем и развивающемся организме ребёнка.
Значительно отличаются потребности взрослого организма от детского в минеральных веществах. Недостаток минеральных веществ в пище ребёнка более быстро приводит к различным нарушениям обменных реакций и соответственно к нарушению роста и развития организма. К концу периода полового созревания потребность в микроэлементах немного снижается.
Растущий организм обладает высокой чувствительностью к недостатку витаминов в пище. Наиболее распространённым среди детей является заболевание называемое рахитом, связанное с недостатком витамина D и сопровождается нарушением формирования скелета.
В следствии роста организма обмен веществ в детском возрасте более активен, но в результате незрелости, несовершенства нервной системы и недостаточной ещё продукции ряда гормонов, его регуляция несовершенна и не устойчива. В этом возрасте особенно важным является режим приёма и состав пищи. Детский организм для нормального развития и роста нуждается в определённом количестве белков, жиров, углеводов, минеральных солей, воды, витаминов. Необходимым условием физического и психического развития детей и подростков является полноценное, сбалансированное питание.
В организме человека в течении всей жизни, постоянно происходят обменные процессы распада и синтеза, образуются новые ткани, хотя отдельные органы и организм в целом кажутся неизменными. Процесс обмена веществ и тесно связанный с ним обмен энергии происходит как во время бодрствования, так и во время сна. В разные периоды жизни эти процессы происходят с разной скоростью и изменениями, но только благодаря этим тонким и сложным процессам человек самосохраняется, растёт, развивается в условиях окружающей его среды и адаптируется к её изменениям.
Литература
1.Сапин М. Р., Брыксина З. Г. Анатомия, физиология детей и подростков. - М., Академия, 2002. - 456 с.
.Безруких М. М., Сонькина В. Д., Фарбер Д. А. Возрастная физиология: физиология развития ребёнка. - М., Академия, 2003. - 416 с.
.Агаджанян Н. А., Тель Л. З., Циркин В. И., Чеснокова С. А. Физиология человека. - М., Медицинская книга, Н. Новгород., Изд - во НГМА, 2003 - 528 с.
.Агаджанян Н. А., Тель Л. З., Циркин В. И., Чеснокова С. А. Физиология человека. - М., Медицинская книга, Н. Новгород., Изд - во НГМА, 2003. - 528 с.
.Батуев А. С., Физиология высшей нервной деятельности и сенсорных систем. - СПб.: Питер, 2005. - 317 с.
.Данилова Н. Н., Крылова А. Л. Физиология высшей нервной деятельности. - М., Учебная литература, 1997. - 322 с.