Системы восприятия человеком состояния среды обитания

Содержание:

Введение

1. Системы восприятия человеком состояния среды обитания

1.1. Органы чувств

1.2. Нервная система

1.3. Гомеостаз и адаптация

1.4. Естественные системы защиты организма

2. Допустимое воздействие негативных факторов на человека

Заключение

Список используемой литературы

Введение

 

В ходе эволюции в организме человека сформиро­вались механизмы, обеспечивающие приспособле­ние к различным условиям жизни и стабилизацию активности органов и систем организма в определен­ных функциональных диапазонах. Возможности организма реагировать на внешние и внутренние возмущающие влияния относительно ограничены, но комбинация различных реакций расширяет воз­можности организма при взаимодействии с внеш­ней средой.

Негативные воздействия на организм могут ока­зывать различные чрезвычайные раздражители (факторы внешней среды) — физические, химичес­кие, биологические, психофизиологические. Сте­пень их вредности относительна и зависит от сопут­ствующих условий и состояния внешней и внутрен­ней среды организма. Влияние всех этих факторов происходит в конкретных социальных условиях су­ществования, которые имеют нередко решающее значение в обеспечении безопасности жизнедеятель­ности.

Способность организма отвечать на воздействия факторов окружающей среды называется реактив­ностью.

Реактивность — свойство организма как целого отвечать изменениями жизнедеятельности на воз­действия окружающей среды. Реактивность обеспе­чивается защитно-компенсаторными системами и механизмами, решающая роль в осуществлении ко­торых принадлежит нервной системе. В процессе развития организма нервная система стала веду­щей, обеспечивающей целостность организма, его единство с окружающей средой, сохранение посто­янства внутренней среды, строения, функций.

1. Системы восприятия человеком состояния среды обитания

 

1.1. Органы чувств

Датчиками анализаторов являются специальные окончания нерв­ных волокон, называемые рецепторами, которые преобразуют внеш­нюю энергию различных видов раздражителей в особую активность нервной системы. Часть из них воспринимает изменения в окружаю­щей среде (экстероцепторы), а другая часть — во внутренней среде нашего организма — интероцепторы.

В зависимости от природы раздражителя, на который они настро­ены, рецепторы подразделятся на:

— механорецепторы, к ним относятся слуховые, вестибулярные, гравитационные, тактильные рецепторы кожи и опорно-двигательного аппарата, барорецепторы сердечно-сосудистой системы;

— терморецепторы, воспринимающие температурные изменения как внутри организма, так и окружающей организм среде, они объе­диняют рецепторы кожи и внутренних органов, а также центральные термочувствительные нейроны в коре мозга;

— хеморецепторы, реагирующие на воздействие химических ве­ществ, к ним относятся

—рецепторы вкуса и обоняния, сосудистые и тканевые рецепторы (например, глюкорецепторы, реагирующие на изменение уровня сахара в крови);

— фоторецепторы, настроенные на восприятие света;

— болевые рецепторы, объединяются в особую группу, так как они могут возбуждаться механическими, химическими, электрическими и температурными раздражителями.

По характеру вызываемых у человека ощущений различают зри­тельные, слуховые, обонятельные, осязательные рецепторы, рецепторы боли, рецепторы положения тела в пространстве.

Чаще всего рецепторы представляют собой клетку, снабженную подвижными волосками или ресничками (подвижными антеннами), обеспечивающими чувствительность рецепторов.

Информация, полученная рецепторами, передается по нервным путям в центральные отделы головного мозга для переработки и принятия решения и только затем направляется к соответствующим исполнительным органам. Иногда поступающая информация сразу направляется с рецептора на исполнительные органы, минуя централь­ную нервную систему (ЦНС). Такой принцип передачи информации заложен в основу многих безусловных рефлексов (врожденных, наслед­ственно передающихся). Например, сокращение мышц конечностей, раздражаемых электрическим током, теплотой или химическими ве­ществами, приводит к отстранению конечности от раздражителя. Совокупность нескольких безусловных рефлексов составляет инс­тинкт.

Условные рефлексы непостоянны, вырабатываются на базе безуслов­ных и формируются на основе приобретенного опыта, при длительном воздействии раздражителя.

Человек обладает рядом органов чувств, обеспечивающих восприятие действующих на организм раздражителей из окружающей среды. К ним относятся органы зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Не надо смешивать понятие «орган чувств» и «рецептор», воспринимающий раздражение. Например, глаз —это орган зрения, а сетчатка—фоторецептор, один из важных компонентов органа зрения. Кроме сетчатки, в состав органа зрения входят оптические среды глаза, различные его оболочки, мышечный аппарат. Понятие «орган чувств» является весьма условным, так как он сам по себе не может обеспечить ощущение. Для возникновения субъективного ощу­щения необходимо, чтобы возбуждение, возникшее в рецепторах, поступило в ЦНС — специальные отделы коры больших полушарий.

Органы зрения играют исключительно важную роль в жизни чело­века. Благодаря зрению мы познаем форму, величину, цвет предмета, направление и расстояние, на котором он находится. Зрительный анализатор — это глаза, зрительные нервы и зрительный центр, рас­полагающийся в затылочной доле коры головного мозга.

Глаз — это сложная оптическая система. Глазное яблоко имеет форму шара с тремя оболочками: наружная, называется склерой, а ее передняя прозрачная часть — роговицей. Внутрь от склеры рас­положена вторая — сосудистая оболочка. Ее передняя часть, лежащая за роговицей, называется радужкой, в центре которой имеется отвер­стие — зрачок. Позади радужной оболочки, напротив зрачка, распо­ложен хрусталик, который можно сравнить с двояковыпуклой линзой.

За хрусталиком, заполняя всю полость глаза, находится стекловидное тело.

Лучи света, попадая в глаз, проходят через роговицу, хрусталик и стекловидное тело, т. е. через три преломляющие, оптические, про­зрачные среды и попадают на внутреннюю оболочку глаза — сетчатку. Она выстилает только заднюю половину глаза, в ней находятся свето­чувствительные рецепторы —палочки (130 млн. шт.) и колбочки (7 млн. шт.). Функции палочек и коблочек различны. Колбочки обеспечивают так называемое «дневное» зрение, они позволяют четко различать мелкие детали. Цветное зрение осуществляется исключи­тельно через колбочки. Палочки цвета не воспринимают и дают черно-белое изображение.

Свет, попавший в глаз, воздействует на фотохимическое вещество палочек и колбочек и разлагает его. При определенной концентрации продукты распада раздражают нервные окончания, расположенные в палочках и колбочках. Возникающие при этом импульсы по волокнам зрительного нерва поступают в головной мозг, и мы видим цвет, форму и величину предметов.

Глаз чувствителен к видимому диапазону спектра электромагнит­ных колебаний (380...770 нм), что соответствует восприятию цвета, начиная с фиолетового до красного.

Слух — способность организма воспринимать и различать звуковые колебания, которая осуществляется слуховым анализатором. Челове­ческому уху доступна область звуков, т. е. механических колебаний с частотой от 16 до 20000 Гц. Граница слышимости в отдельных случаях может быть шире, до 25 000 Гц.

Ухо — орган слуха представляет собой воспринимающую часть звукового анализатора. Оно имеет три отдела: наружное, среднее и внутреннее ухо. Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода, затянутого упругой барабанной перепонкой, отделяющей среднее ухо. Ушная раковина и слуховой проход служат для улучшения приема высоких частот. Они способны усиливать звук с частотой от 2000 до 5000 Гц на 10...20 дБ и это определяет повышенную опасность звуков указанного диапазона частот.

В полости среднего уха находятся так называемые слуховые кос­точки: молоточек, наковальня и стремечко, связанные между собой. Они передают звуковые колебания от барабанной перепонки во внут­реннее ухо, где находится кортиев орган, воспринимающий звук. Среднее ухо сообщается с носоглоткой с помощью евстахиевой трубы, по которой во время глотания воздух проходит в полость среднего уха для выравнивания давления.

Внутреннее ухо имеет наиболее сложное строение. Оно состоит из трех частей: мешочков преддверия, улитки и трех полукружных кана­лов. Улитка, в которой располагается кортиев орган, воспринимает звуковые сигналы, а мешочки преддверия и полукружные каналы — раздражений, возникающие от перемены положения тела в простран­стве.

Звуковые волны попадают в слуховой проход, приводят в движение барабанную перепонку и через цепь слуховых косточек передаются в полость улитки внутреннего уха. Колебания жидкости в канале улитки передаются волокнам основной перепонки кортиева органа в резонанс тем звукам, которые поступают в ухо. Нервный импульс, возникающий при этом, передается в соответствующий отдел головного мозга, где синтезируется соответствующее слуховое представление.

Ухо воспринимает далеко не все звуки окружающей среды. Звуки, близкие к верхнему и нижнему пределам слышимости, вызывают слуховое ощущение лишь при большой интенсивности и поэтому обычно почти не слышны. Очень интенсивные шумы могут вызвать боль в ухе и даже повредить слух.

Обоняние — способность воспринимать запахи, осуществляется благодаря обонятельному анализатору, рецепторами которого являют­ся нервные клетки, расположенные в слизистой оболочке носа. Эти клетки преобразуют энергию раздражителя в нервное возбуждение и передают его обонятельному центру. Для этого требуется непосредст­венный контакт рецептора, с молекулой пахучего вещества. Эти моле-, осаждаясь на небольшом участке мембраны обонятельного рецептора, вызывают местное изменение ее проницаемости для отдель­ных ионов. В результате развивается рецепторный потенциал — на­чальный этап нервного возбуждения. Человек обладает различной чувствительностью к пахучим веществам, к некоторым веществам она особенно высокая. Например, этилмеркаптан ощущается при его содержании в количестве, равном 0,00019 мг и 1 л воздуха. Полный диапазон воспринимаемых концентраций может охватывать 12 поряд­ков.

При длительном действии пахучих веществ чувствительность к запаху снижается, причем настолько, что человек перестает его ощущать, даже если это очень неприятный запах, например, сероводород. Когда запахи отсутствуют, чувствительность восстанавливается. Неко­торые запахи могут подавлять другие, сливаться с ними, компенсиро­вать друг друга. Однако механизм их действия до конца пока не раскрыт.

Запахи способны вызывать отвращение к пище, обострять чувст­вительность нервной системы, способствовать состоянию подавленно­сти, повышенной раздражительности. Сероводород, бензин и другие вещества могут вызвать отрицательные реакции вплоть да тошноты, рвоты, обморока. Например, обнаружено, что запах бензола, и герантиола обостряет слух, а индол притупляет слуховое восприятие, запахи пиридина и толуола обостряют зрительную функцию в сумерках, запах камфары повышает чувствительность зрения к зеленому цвету, снижает — к красному.

Вкус — ощущение, возникающее при воздействии некоторых раз­дражителей на определенные рецепторы, расположенные на поверх­ности языка. Вкусовое ощущение формируется из восприятия четырех основных видов вкуса — кислого, соленого, сладкого и горького; вариации вкуса складываются из комбинации основных перечислен­ных ощущений. Различные участки языка имеют неодинаковую чув­ствительность к вкусовым веществам: кончик языка более чувствителен к сладкому, края языка —к кислому, кончик и края — к соленому и корень языка наиболее чувствителен к горькому. Установить достаточ­но строгое соответствие вкуса с химической или физической характе­ристикой вещества пока не удается. Однако известно, что кислый вкус представлен в основном кислотами. Соленым в чистом виде является только хлорид натрия — поваренная соль, никакие другие хлориды или натриевые соединения не дают такого ощущения. Сладкими являются сахара, спирты, альдегиды, кетоны, амиды, эфиры, аминокислоты, а также некоторые соли бериллия и свинца. Горьким вкусом обла­дают самые разнообразные веще­ства— это соли калия, магния, аммония, некоторые органиче­ские соединения—хинин, ко­феин, никотин и др.

Механизм восприятия вкусо­вых веществ определяется специ­фическими химическими реак­циями на границе вещество — вкусовой рецептор. Вкусовые лу­ковицы, в состав которых входят рецепторы, расположены на со­сочках языка и в значительно меньших количествах в слизи­стой неба, глотки, гортани, мин­далин. Вкусовые рецепторы живут недолго, меняя при этом и место расположения, и нервные связи, и форму, и свойства. Очень важным условием возникновения ощущения является растворение вкусового вещества на поверхности языка. Интересным представляется яв­ление вкусового контраста, за­ключающегося в усилении одних вкусовых ощущений после дей­ствия других. Например, вкус сладкого вещества становится го­раздо интенсивнее, если перед этим во рту было что-то соленое, а сладкое повышает чувствительность к кислому. Горечи обостряют чувствительность практически ко всем другим веществам.

Осязание—сложное ощущение, возникающее при раздражении рецепторов кожи, слизистых оболочек и мышечно-суставного аппара­та. Основная роль в осязании принадлежит тактильной чувствитель­ности — прикосновению и давлению.

Кожа — внешний покров тела, представляющий собой самый большой орган с очень сложным строением, который выполняет ряд важных жизненных функций. Кожа защищает организм от вредных внешних воздействий, выполняет рецепторную, секреторную, обмен­ную функции, играет значительную роль в терморегуляции и др.

В коже выделяют три слоя: наружный (эпителиальный — эпидермис), средний, состоящий из соединительной ткани (собственно кожа — дерма) и внутренний —подкожная жировая клетчатка. В коже расположено большое число кровеносных и лимфатических сосудов, а также многочисленных пронизывающих дерму нервных волокон.

Одной из основных функций кожи является защитная, т. е. кожа — орган защиты. Так, растяжение, давление, ушибы обезвреживаются упругой жировой подстилкой и эластичностью кожи. Нормальный — роговой слой предохраняет глубокие слои кожи от высыхания и весьма устойчив по отношению к различным химическим веществам. Пигмент меланин, поглощающий ультрафиолетовые лучи, предохраняет кожу от воздействия солнечного света. Большое значение имеют стерилизу­ющие свойства кожи и устойчивость к различным микробам; непов­режденный роговой слой непроницаем для инфекций, а кожное сало и пот создают кислую среду с рН5,5, неблагоприятную для многих микробов. Окисление происходит в роговом слое, поэтому так важен достаточный приток кислорода для профилактики кожных заболева­ний. Кожа «дышит», например, если покрыть человека лаком, он начинает задыхаться.

Важной функцией кожи является ее участие в терморегуляции (поддержании нормальной температуры тела), так как 80 % всей теп­лоотдачи организма осуществляется кожей. При высокой температуре внешней среды кровеносные сосуды кожи расширяются и теплоотдача конвекцией усиливается. При низкой температуре — сосуды сужива­ются, кожа бледнеет, теплоотдача снижается. Секреторная функция обеспечивается сальными и потовыми же­лезами. С кожным салом могут выделяться некоторые лекарственные вещества (йод, бром), продукты промежуточного обмена веществ, микробных токсинов и эндогенных ядов.

Обменная функция кожи заключается в участии в процессах регу­ляции общего обмена веществ в организме, особенно водного, мине­рального и углеводного. Ниже приведены максимальные скорости передачи информации, принимаемой человеком с помощью различных органов чувств в кору больших полушарий головного мозга.

Воспринимаемый сигнал Характеристика Максимальная скорость, бит/с

Зрительный Цвет 3,1

Слуховой Громкость 2,3

Вкусовой Соленость 1,3

Обонятельный Интенсивность 1,53

Тактильный (осязательный) Интенсивность 2,0

Для организма важен анализ не только внешнего мира, но и то, что происходит в нем самом. Кроме перечисленных внешних анализаторов существуют анализаторы внутренние, которые сигнализируют о деятельности внутренних органов, о состоянии нашей внутренней среды. Постоянство внутренней среды—условие нормального существова­ния организма. В настоящее время под внутренней средой принято считать: кровь (точнее, плазму крови), лимфу и межклеточную жид­кость.

Можно назвать несколько параметров внутренней среды, поддер­жание которых особенно важно для жизни. Это содержание кислорода, углекислого газа, водородных ионов, ряда минеральных веществ (на­трия, магния, кальция и др.), артериального давления, температуры и др. Диапазон колебаний этих параметров очень невелик. Благодаря такому строгому постоянству внутренней среды живое существо может находиться в различных условиях внешней среды.

Информация, получаемая из внешнего мира и внутренней среды организма, определяет работу функциональных систем организмами поведение человека. Для управления поведением человека и активно­стью его функциональных систем (т. е. выходной информацией, по­ступающей из коры больших полушарий) достаточно около 10⁷ бит/с при подключении программ, содержащихся в памяти.

Для анализаторов характерна чрезвычайно высокая чувствитель­ность к соответствующим раздражителям. Если бы чувствительность наших органов чувств оказалась еще выше, то это бы только затруднило нашу жизнь. В этом случае мы бы в буквальном смысле слышали, как растут деревья, как бежит кровь по сосудам, броуновское движение молекул и т. п.

Количественной мерой чувствительности является пороговая интенсивность энергетического воздействия, т. е. та наименьшая интен­сивность раздражителя, действие которого дает ощущение. Чем ниже пороговая интенсивность или просто «порог», тем выше чувствитель­ность, и наоборот.

Рассмотрим в качестве примеров, какова же абсолютная чувстви­тельность некоторых наших органов чувств.

Световая чувствительность наших глаз связана с чувствительно­стью рецепторных элементов сетчатки и приближается к теоретически возможному максимуму. Для возникновения зрительного ощущения достаточно, чтобы палочкой был поглощен 1...2 кванта света, а для колбочек необходимо 5... 10 квантов.

У человека ощущение света возникает не сразу, а только спустя 0,1 с, т. е. после его фактического действия, при этом интенсивность света превышает в 400 раз пороговое значение. При уменьшении интенсив­ности время реакции увеличивается до 0,25 с. 90

Чувствительность вестибулярного анализатора характеризуют ми­нимальными, т. е. пороговыми величинами воспринимаемых факторов.

Для углового ускорения порог составляет 0,015...0,05 рад/с².

Для прямолинейного —2...20 см/с².

При наклонах головы пороговая величина равна 1° при наклонах в сторону и 1,5...2° при наклонах вперед и назад. Центробежная сила воспринимается при ее значениях (0,005—0,1)q.

Вкусовую чувствительность характеризуют пороговой концентра­цией веществ, при нанесении которых на всю поверхность языка возникают соответствующие вкусовые ощущения. Такой минимальной концентрацией для сахара будет 0,01 моль/м³, для поваренной соли NаС1 — 0,05 моль/м³, для соляной кислоты НС1 - 0,0007 моль/м³, для солянокислого хинина 0,0000001 моль/м³.

Самая высокая чувствительность проявляется при температуре 37 °С.

Для оценки чувствительности обоняния чаще всего используется число молекул в 1 м³ или в 50 см³ воздуха (считается, что на один «нюх» у человека расходуется 50 см³). Обращают на себя внимание очень резкие колебания величин порогов запаха различных веществ для различных людей и для различных видов животных. В качестве примера могут служить пороговые концентрации (число молекул в 1 м³ воздуха) сильно пахнущих веществ для собаки и человека:

 Вещество Пороговая концентрация

 для собаки  для человека

 Уксусная кислота 2 · 10⁵ 5 ·10¹³

Масляная кислота  9 · 10³ 7 · 10⁹

Температурная чувствительность определялась специальными ис­следованиями, в результате выявлено общее число точек холода на всей поверхности тела около 250 000, а теплоты только 30 000. Человек способен различать разницу температур до 0,2 °С. При этом диапазон воспринимаемых внутрикожных температур от + 10 до + 44,5 °С. При температуре t < 10 °С наступает холодовая блокада температурных во­локон тактильной чувствительности (на этом основан один из способов обезболивания). При температуре t > 44,5 °С на смену ощущения «го­рячо» приходит — «больно». Это соответствует интенсивности тепло­вого излучения 0,86 Вт/см².

Тактильная чувствительность на различных местах кожи развита неодинаково. Порог раздражения самых чувствительных участков ра­вен 50 мг, а в наименее чувствительных он достигает 10 г. Самая высокая чувствительность в области губ, носа, языка, наименьшая на спине, подошвах стопы, животе.

Чувствительность двигательного анализатора определяют по неко­торым косвенным признакам. Самым чувствительным является плечевой сустав. Для него порог восприятия смещения при скорости 0,3° в секунду составляет 0,22...0,42°. Наименее чувствительным оказался голеностопный сустав, у него порог составляет 1,15..Л,30°.

Органы чувств имеют различное время реагирования к действию раздражителей: зрение—0,15...0,22 с; слух—0,12...0,18 с; вкус — 1,1 с; обоняние — 0,13...0,87 с; тактильная чувствительность — 0,15...0,8с.

Энергия воздействия раздражителя ограничена снизу порогом чув­ствительности, а сверху тоже есть ограничение, при этом рецепторы либо просто выключены, либо — это порог болевого ощущения.

Передача информации об избыточной энергии поступает в анали­зирующий блок в ЦНС или периферическую нервную систему со скоростью 130 м/с.