Анатомия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям

© Шляхов А. Л.

© ООО «Издательство АСТ», 2017

Предисловие

Организм человека изучают три науки – анатомия, физиология и гигиена.

Анатомия изучает строение организма.

Физиология изучает функции органов и всего организма в целом.

Гигиена изучает условия, необходимые для сохранения и укрепления здоровья.

Среди трех этих наук самой трудной для понимания, что в школах, что в высших учебных заведениях, традиционно считается анатомия. Бытует мнение, что анатомию можно одолеть только зубрежкой. Зубрить, зубрить и еще раз зубрить! Иначе никак! На самом же деле это не так. Если рассматривать человеческий организм как единую систему, а не набор отдельных органов, то сразу становится ясно, насколько логично он устроен. Нужно не зубрить, а думать – понимать назначение каждого органа, видеть взаимосвязь между органами и системами и т. п. При таком подходе зубрить ничего не придется.

Для того, чтобы облегчить запоминание материала, вы можете пользоваться следующими приемами.

Во-первых, призовите на помощь воображение. Представляйте себе то, о чем читаете. Не ограничивайтесь одним лишь рассмотрением рисунков, а создавайте в уме образы. Представьте, как делится клетка, как течет по сосудам кровь, как сокращается под воздействием нервного импульса мышца… То, что вы ярко представили, вы запомните и уже не забудете.

Во-вторых, будьте не только учеником, но и педагогом. Изучив очередной раздел, сядьте перед зеркалом (впрочем, можно обойтись и без него) и проведите для себя нечто вроде лекции по изученной теме. Если понадобится, то можете заглянуть в учебник, только не подменяйте лекцию чтением материала вслух. Вы должны не читать, а рассказывать то, что усвоили. Как только прочтете лекцию без помощи учебника, можете переходить к следующему разделу.

Не усвоив как следует предыдущего раздела, к следующему приступать не стоит. Толку не будет. Три сестры – Анатомия, Физиология и Гигиена такого подхода не одобряют. Это у их дальней родственницы Истории можно знать все о Второй мировой войне, не зная ничего о Великой французской революции (это просто пример, не более того).

В-третьих, старайтесь пользоваться одновременно всеми тремя «инструментами», имеющимися в вашем распоряжении – и анатомией, и физиологией, и гигиеной. Иначе говоря – практикуйте комплексный подход к учебе. Не пренебрегайте ни одной главой, ни одним абзацем, ни одним предложением, которое встретите в учебнике. Лишних слов, лишних враз здесь нет. Все строго по делу. Автор очень старался изложить материал в доступной, удобной для понимания и лаконичной форме, чтобы читателям не пришлось бы продираться сквозь дебри ненужных фраз.

В добрый путь!

Приятного чтения!

Глава 1. Клетки. Ткани. Органы

Клетка

Знакомство с организмом человека мы начнем с клетки. Клетки – это своеобразные «кирпичики» из которых состоят живые и растительные организмы. Есть организмы, которые состоят всего из одной клетки, например – бактерии. Клетки могут быть разными – животными или растительными, нервными или мышечными и т. д., но несмотря на имеющиеся различия, строение всех клеток схоже.

Все клетки имеют оболочку – клеточную мембрану, цитоплазму (полужидкую клеточную среду) и ядро.

Клеточная мембрана не просто ограничивает клетку от внешней среды, обеспечивая ее целостность, но и регулирует обмен между клеткой и окружающей средой, пропуская через имеющиеся в ней поры в клетку и из клетки определенные вещества. Обратите внимание – определенные! Проницаемость клеточной мембраны избирательна. Одни вещества проходят через нее, а другие – нет. Таким образом, можно сказать, что кроме структурной (механической) функции – отделения клетки от внешней среды, мембрана также выполняет транспортную и барьерную функции. Вообще-то функций у клеточных мембран больше, но в рамках нашего курса достаточно знать три эти.

Схема строения животной клетки

! Вспомните из курса ботаники, что растительные клетки отличаются от животных наличием дополнительной клеточной оболочки (стенки).

В полужидкой цитоплазме находятся обязательные клеточные компоненты, которые называются «органеллами», а также непостоянные компоненты, называющиеся «включениями». Давайте познакомимся с ними поближе.

Главный обязательный компонент любой клетки – это клеточное ядро, в котором хранится информация о клетке, необходимая для образования новых клеток путем деления. Клеточное ядро может иметь различную форму – от сферической до веретенообразной. Ядро обеспечивает наследственность, иначе говоря отвечает за то, чтобы дочерние клетки были похожими на родительские. Информация хранится в хромосомах, образованных из молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и различных белков. Хромосомы имеют вид длинных тонких нитей, которые распределяются по всему объему ядра. В ядрах соматических (или неполовых) клеток тела у всех организмов, принадлежащих к одному биологическому виду, содержится одинаковое количество хромосом, которое называется «набором хромосом». Схожие хромосомы группируются попарно. В соматических клетках человека 46 хромосом или 23 пары. А вот в ядрах половых клеток хромосом содержится вдвое меньше, чем в соматических клетках – по одной из пары. Соединяясь вместе, две половые клетки (мужская и женская), образуют одну клетку с полным набором хромосом. Из этой клетки развивается новый организм. Поскольку половина хромосом получена ребенком от отца, а половина от матери, ребенок одновременно похож и на отца, и на мать. О делении клеток мы еще поговорим позже.

От цитоплазмы ядро отделяет ядерная оболочка, состоящая из двух разделенных промежутком мембран. В них, как и в клеточной мембране, есть поры, через которые происходит обмен веществами между ядром и цитоплазмой. Ядро имеет свою «цитоплазму», которая называется «нуклеоплазмой» или «кариоплазмой». В отличие от цитоплазмы, основу которой составляет вода, кариоплазма представляет собой коллоидный раствор белков и потому отличается высокими плотностью и вязкостью.

Строение клеточного ядра

Кроме хромосом в клеточном ядре содержатся так называемые «ядрышки» – образования не имеющие собственной оболочки. Их может быть от 1 до 7. Ядрышки состоят из молекул белков и рибонуклеиновой кислоты (РНК). В ядрышках синтезируются органеллы, которые называются «рибосомами».

Рибосома

Рибосомы – сферические образования, не имеющие своей мембраны. Рибосомы выполняют очень важную функцию синтеза белков из аминокислот, причем делают это не абы как, а согласно информации, записанной в матрице – молекуле РНК.

Итак, клеточное ядро хранит информацию, необходимую для воспроизведения новых клеток и, вместе с рибосомами, обеспечивает этот процесс «строительным материалом» – белками.

Какие еще органеллы находятся в цитоплазме?

Митохондрии – это своеобразные энергетические станции клетки. Обычно в клетке содержится около 2-х тысяч митохондрий, общий объем которых составляет до четверти общего объема клетки. Митохондрии имеют сферическую или эллипсоидную форму. Мембран у митохондрии две – гладкая внешняя и складчатая внутренняя, которая образует множество поперечных перегородок, называемых «кристами».

Строение митохондрии

Органические вещества, проникающие в клетку извне, подвергаются в митохондриях окислению. При этом образуются молекулы вещества, называемого «аденозинтрифосфатом» (сокращенно – АТФ). Молекулы АТФ представляют собой подобие накапливающих энергию аккумуляторов. Когда организму нужна энергия, они распадаются и выделяют ее.

Аппарат Гольджи, названный в честь итальянского ученого Камилло Гольджи, открывшего его в 1898 году, представляет собой «сортировочный центр» – систему мембранных структур, цистерн и пузырьков, в которых накапливаются вещества, синтезированные внутри клетки. Вещества сортируются, некоторые из них изменяются, нужные остаются, а ненужные выводятся за пределы клетки.

Аппарат Гольдджи

Кроме этого, в аппарате Гольджи синтезируются лизосомы, имеющие мембрану органеллы, похожие на пузырьки, в которых содержится много ферментов. Ферменты разлагают молекулы сложных органических веществ на более простые, иначе говоря – лизосомы занимаются «перевариванием» сложных веществ.

Структура Лизосомы

Две центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу и образующие так называемый «клеточный центр» представляют собой цилиндрическое образование, состоящее из девяти пучков микроскопических трубочек. Центриоли участвуют в делении клетки.

В клетке есть своя транспортная система – это эндоплазматическая сеть или эндоплазматический ретикулум, которая представляет собой сложное сплетение каналов и полостей. Объем этой сети в среднем составляет от 30 до 50 % клеточного объема. На наружной поверхности эндоплазматической сети располагаются рибосомы, которые, как мы уже знаем, синтезируют белок.

Центриоли

Эндоплазматическая сеть

Самыми простыми по строению органеллами являются вакуоли – ограниченные мембраной пузырьки, заполненные газом или жидкостью. В животных клетках вакуоли занимают не более 5 % от общего объема клетки, а в растительных клетках могут занимать до 90 %. Если в растительных клетках чаще всего бывает одна крупная расположенная в центре вакуоль, то в животных клетках мы можем видеть несколько мелких вакуолей, которые располагаются на периферии. Вакуоли выполняют различные функции – подобно лизосомам разлагают сложные молекулы на простые, участвуют в выведении веществ за пределы клетки, накапливают нужные вещества и т. д.

Мы закончили знакомство с клеткой, точнее – с животной клеткой. Давайте закрепим полученные знания. Возьмите лист бумаги и ручку или карандаш и попробуйте без помощи учебника нарисовать клетку со всем ее содержимым. Не старайтесь добиться полного сходства с приведенными в книге рисунками. Дело не в сходстве, а в том, чтобы вы ничего не забыли бы нарисовать. Когда закончите рисунок, перечислите функции каждого нарисованного элемента.

Химический состав клетки

Клетки состоят из неорганических и органических веществ.

Неорганические вещества представлены водой, кислородом, углекислым газом и минеральными солями. В выражении «вода – основа жизни» нет никакого преувеличения. Все реакции между веществами в клетках проходят в водной среде, при участии воды осуществляется теплорегуляция. В организме человека примерно 60 % воды, иначе говоря, ее содержание больше, чем содержание всех других веществ вместе взятых. Большинство клеток живых организмов содержат 70–80 % воды, в костных клетках ее около 20 %, а в зубной эмали, самой твердой ткани организма – 10 %.

Содержание химических элементов в клетке

Кислород, являющийся одним из сильнейших природных окислителей, участвует во многих химических процессах, происходящих в клетках. Углекислый газ является одним из конечных продуктов клеточной жизнедеятельности. Количество минеральных солей, содержащихся в клетке, весьма мало, но без них нельзя обойтись, потому что они нужны для нормальной жизнедеятельности.

Органические вещества клетки представлены молекулами нуклеиновых кислот, белков, жиров (липидов) и углеводов.

Органические вещества клетки

Нуклеиновые кислоты – дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая, как мы уже знаем, хранят наследственную (генетическую) информацию.

Белки, сложные высокомолекулярные вещества, состоящие из аминокислот, участвуют во всех процессах жизнедеятельности клетки. С учетом функций, клеточные белки можно разделить на три группы:

1. ферменты, участвующие в химических реакциях в качестве ускорителей;

2. специфические белки, вырабатываемые не для собственно клеточных нужд, а для нужд всего организма, так сказать «на экспорт» – гормоны, пищеварительные ферменты, медиаторы (вещества, с помощью которых нервный импульс передается от одной клетки к другой) и др.;

3. структурные белки, используемые для восстановления и обновления клеточных элементов.

По содержанию в клетке белки стоят на втором месте после воды. Они составляют примерно 50 % от сухого остатка клеточных веществ.

Среди жиров главное значение имеют фосфолипиды (липиды, содержащие остаток фосфорной кислоты) из молекул которых состоят все клеточные мембраны – и самой клетки, и ее элементов. Фосфолипиды, как и все жиры – хороший теплоизолятор, они предохраняют клетку от потери тепла. Кроме того, жиры служат источником энергии и воды (при разложении 1 г жира образуется 1,1 мл воды). Капельки жира могут находиться в цитоплазме в виде включений – это клеточный энергетический запас «на черный день».

Другим источником энергии являются углеводы, в первую очередь – глюкоза и ее полимер^[1] гликоген. Кроме этого, углеводы, наряду с жирами и белками, являются «строительным материалом», они водят в состав различных клеточных элементов.