І. ЛЮДИНА І СЕРЕДОВИЩЕ ЇЇ ІСНУВАННЯ

1.1. Поняття про біосферу

В будові земної кулі виділяють зовнішні оболонки – атмосферу й гідросферу, і внутрішні – літосферу (земну кору), мантію та ядро. Земля має геосфери, тобто концентричні оболонки, з яких вона складається. Геосфери відрізняються структурою, фізичними і хімічними властивостями. Крім того виділяють ще географічну оболонку Землі (епігеосферу) – комплексну оболонку землі, яка існує в шарі взаємодії атмосфери, гідросфери, літосфери і біосфери.

Біосфера (грец. "bios" – життя, "spharia" – куля, сфера) – оболонка нашої планети, в якій розвивається життя різноманітних організмів, що населяють воду, повітря, сушу, грунт. Вона охоплює нижню частину атмосфери (аеробіосфера) до висоти 25...30 км (до озонового шару), всю гідросферу (гідробіосфера) тобто річки, моря, океани та ін., верхню частину земної кори (террабіосфера) до глибини 3...5 км і верхні шари літосфери (літобіосфера). По останнім даним, товщина біосфери складає 40...50 км. Біосфера – активна оболонка Землі, у якій сукупна діяльність живих організмів проявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу, що служить основою середовиществорювання. Термін і поняття біосфери включає в себе як живі організми ("жива речовина"), так і середовище їх існування.

По своїй структурі біосфера є результатом взаємодії живої і неживої матерії. Найважливішими компонентами біосфери є:

жива речовина (рослини, тварини і мікроорганізми);

біогенна (нежива) речовина (органічні та органікомінеральні продукти, створені живими організмами на протязі геологічної історії – кам‘яне вугілля, нафта, торф, та ін.);

косна речовина (горні породи неорганічного походження і вода);

біокосна речовина (продукт синтезу живого і неживого, тобто опадові породи, грунт, мул).

Жива речовина має специфічний хімічний склад. В ній перебільшує водень (10 %), вуглець, кальцій, азот (по 1…10 %), кисень (65…70 %), сірка, калій, хлор (0,1…1 %). Загальна маса живої речовини оцінюється величиною (2,4…3,6)·10¹² т. Усі компоненти біосфери знаходяться у тісному взаємозв‘язку.

Відмінна і визначальна особливість біосфери складається в її цілісності та наявності життя. Жива речовина Землі являє собою саму потужну силу в біосфері, матеріально та енергетично визначаючи її функції. У результаті безперервної взаємодії (обміну) між компонентами біосфери під впливом живої речовини змінюються як організми, що її населяють так і середовище, в якому вони живуть. Завдяки живій речовині підтримується взаємозв‘язок і взаємообумовленість усіх компонентів в біосфері.

В біосфері живі організми та середовище їх життєдіяльності органічно зв‘язані і постійно взаємодіють, утворюючи цілісну динамічну систему, яка існує завдяки кругообігу речовин.

Цей багатосторонній і різноманітний зв‘язок визначає біосферу як гігантську екологічну систему, в якій людина є, з однієї сторони, біологічною часткою усієї системи, а з іншої − активним її перетворювачем. Біосфера закінчена, вона має певні визначені геометричні розміри і біологічні можливості. Тому не можна взяти від природи більше, ніж вона може дати.

Наростаюча технічна та енергетична озброєність людства здійснює негативний вплив на збалансованість процесів у біосфері. Тому сьогодні глобальним завданням є визначення і здійснення допустимих меж впливу на біосферу з метою недопущення екологічної катастрофи. Непродумана виробнича діяльність людства не тільки підриває основу стійкості та організованості біосфери, але може привести до тяжких наслідків для самого суспільства.

Кінцева мета людини у відношенні біосфери – управління усіма найважливішими процесами, що проходять в екологічних системах, тобто перетворення біосфери в ноосферу – сферу розуму.

Ноосфера – вища стадія розвитку біосфери, яка характеризується збереженням усіх природних закономірностей, притаманних біосфері, на високому рівні розвитку господарських сил, наукової організації впливу суспільства на природу, максимальними можливостями суспільства задовольнити матеріальні та культурні потреби людства.

В науці про ноосферу Вернадський В.І. виділив думку про те, що геохімічні функції людства характеризуються не його масою, а його виробничою діяльністю. Темп, напрямок, характер використання людством біогеохімічної енергії повинні визначатися не потребами, а Розумом людини. Він писав: "Людство, взяте в цілому, стає потужною геологічною силою. І перед ним, перед його думкою і працею стає питання про перебудову біосфери. Це новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього, наближаємося і є ноосфера".

Ноосфера – не просто суспільство, існуюче в певному середовищі, і не просто природне середовище, що підпадає під сильний вплив людства, а щось ціле, у якому зливаються розвиваюче суспільство і змінюване природне середовище. Виникає цілком новий об‘єкт, в якому переплітаються закони неживої і живої природи, суспільства і мислення. Ноосфера – новий стан біосфери, оснований на універсальному зв‘язку природи і суспільства, коли подальша еволюція планети Земля зробиться направленою Розумом.

Перехід біосфери в ноосферу розпочався з появою суспільства, розвитку науки і техніки. Зараз ноосфера знаходиться у стадії становлення.

Завершуючи визначення поняття біосфери, необхідно сказати, що біосфера може існувати без людини. Людина існувати поза біосферою не може. У цілому біосфера представляє собою глобальну екологічну систему ("екосистему"), а її складові частини – локальні екосистеми.

Наявність атмосфери є необхідною умовою життя на Землі. Кисень в атмосферному повітрі потрібен для дихання живих організмів, а вуглекислий газ – для "харчування" рослин. Озон поглинає в стратосфері ультрафіолетові промені, які у випадку проникнення до земної поверхні в значних кількостях здійснювали б негативну дію на живі істоти.

Особливо важливою є також участь атмосфери в кругообігу води на Землі, перенос водяної пари повітряними течіями та його послідовна конденсація і випадання у вигляді опадів.

Атмосфера є непоганим передавачем звуку. Крім того, розсіюючи світло, вона освітлює ділянки земної кулі, куди не попадають прямі сонячні промені. Велика кількість невичерпаної енергії вітру відкриває можливість для розвитку вітроенергетики. Людина користується атмосферою для повітряних сполучень, які мають швидкості, не отримані на суші та воді. Нарешті, верхні шари атмосфери – іоносфера дозволяє нам користуватися далеким радіозв‘язком на коротких хвилях.

Атмосфера (грец. "аtmos" – повітря, "spharia" – куля, сфера) – природна зовнішня газова (повітряна) оболонка Землі. Вона простирається від поверхні Землі на висоту 1 500…2 000 км. Різкої верхньої межі вона не має і на значних висотах (біля 20 000 км) переходить у міжпланетне середовище. Її вертикальна протяжність складає біля трьох земних радіусів (середній радіус Землі становить 6 371 км), а загальна маса атмосфери 5,27·10¹⁵ т при масі Землі близько 6·10²¹ т, тобто менше однієї мільйонної частки маси Землі. Біля 99% маси атмосфери зосереджено в шарі, що розташований від земної поверхні до висоти 30…35 км. Вона забезпечує фізіологічні процеси дихання, регулює інтенсивність сонячної радіації, захищає живі організми від ушкоджуючої дії космічних випромінювань, утворює клімат планети, підтримує середню температуру поверхні Землі близько +1 400⁰С, є джерелом атмосферної вологи, а також середовищем, у яке видаляються залишкові газоподібні продукти життєдіяльності людей та інших живих істот – вуглекислий газ та ін. Нижня її частина – тропосфера (до 8...15 км від поверхні Землі) служить місцем існування аеробіонтів і формування аеробіосфери. Атмосферне повітря в товщі літосфери називають підземною тропосферою.

Через атмосферу проходить фотосинтез, та обмін енергії в біосфері. Склад, температура, переміщення повітряних мас в атмосфері є необхідними умовами існування усіх живих організмів на Землі. На відміну від інших елементів біосфери атмосфера являє собою нерозривну єдність у масштабі усієї Землі.

Для атмосфери характерна стійка саморегуляція якісного стану. Якість атмосфери, як і інших компонентів біосфери – узагальнений показник, який виражає такий її стан, при якому забезпечується постійний обмін речовини та енергії між живими і неживими компонентами природи, що і обумовлює постійне і безперервне відтворення життя на Землі.

Атмосфера складається із суміші різних газів, яку називають повітрям. Основними компонентами цієї суміші є азот (78 %) і кисень (21 %). В невеликих кількостях у склад атмосферного повітря входять аргон, неон, гелій, криптон, водень, озон, ксенон (табл. 1.1).

У складі повітря можна знайти ряд газів, таких як водяна пара, вуглекислий газ, метан, окисли азоту та сірки. Крім того, в повітрі постійно знаходиться велика кількість дуже маленьких рідких і твердих частинок пилу, диму, сажі, кіптяви, солей, води. В 1 см³ повітря міститься десятки, а в промислових центрах сотні тисяч пилинок.

Пил, який містить в собі атмосфера, має різне походження. Найбільша його кількість піднімається вітром з поверхні землі; багато пилу попадає в атмосферу при вулканічних виверженнях, а також при зруйнуванні метеоритів, які падають з міжпланетного простору.

Частки солі попадають в атмосферу головним чином в результаті випаровування дрібних крапель солоної морської води, яка уноситься вітром з поверхні морів та океанів.

Завислі в повітрі тверді та рідкі домішки мають велике значення для протікання різноманітних явищ та процесів, які протікають в атмосфері. Особливо важливу роль грають частинки гігроскопічних речовин (наприклад, частинки солі), які служать ядрами конденсації. З них починається загущення водяної пари та створення крапель води.

Ці гази і частинки можна розглядати як газові домішки атмосферного повітря.

Кількість газових домішок змінюється в залежності від місцевості, пори року, погоди, висоти та інших факторів.

Найбільш важливою змінною складовою частиною атмосфери є водяна пара, кількість якої у поверхні Землі коливається в значних межах: від 0,2...0,3% при низьких температурах над сушею (в полярних районах), до 3...4% при високих температурах над екватором (тропіками). Водяна пара поступає в атмосферу в результаті випаровування води з поверхні водойм і грунту. Основна її маса зосереджена в тропосфері.

Однією з важливих змінних складових частин атмосфери є вуглекислий газ, кількість якого за останні 100 років виросла приблизно на 10%. Він поглинає теплове випромінювання Землі, створюючи тим самим "парниковий ефект".

З віддаленням від поверхні землі атмосфера стає все більш розрядженою і поступово переходить в міжпланетний простір, тому яскраво вираженого зовнішнього кордону атмосфери не існує. Раніше умовним кордоном атмосфери прийнято було вважати ту найбільшу її висоту, на якій спостерігались будь які відомі метеорологічні явища.

Атмосфера в залежності від характеру і причин фізичних процесів, що проходять в ній, може бути поділена на декілька горизонтальних шарів. В основу такого поділу покладені відмінності у складі повітря, характер взаємодії атмосфери із земною поверхнею і розподіл температури повітря з висотою.

По складу повітря атмосфера ділиться на гомосферу ("гомо" – людський) і гетеросферу ("гетеро" – різний). В гомосфері (шар від земної поверхні до висоти приблизно 90...100 км.) у зв’язку з турбулентним переміщуванням склад сухого повітря, його молекулярна маса практично не змінюється з висотою. В гетеросфері (шар атмосфери вище 90...100 км.), яка складається із молекул азоту N₂ і кисню О₂, а також атомів О, Не, Н, під дією дифузного розподілення газів і процесу дисоціації молекул склад повітря міняється. Поступово збільшується вміст кисню, відбувається зменшення молекулярної ваги з висотою. При дисоціації гази переходять в атомарний стан. Частина молекул і газів при цьому отримують електричний заряд.

По цьому ж принципу в атмосфері виділяють озоносферу (шар максимальної концентрації озону на висоті 20...25 км.) та іоносферу. Остання включає декілька шарів (D – на висоті біля 60 км., Е – на висоті 90...120 км., F – на висоті біля 180 км.) з підвищеною концентрацією іонів.

Таблиця 1.1.

Приблизний склад атмосфери

По виду взаємодії із земною поверхнею атмосферу ділять на граничний шар (шар тертя) і вільну атмосферу. В граничному шарі, товщина якого становить 1 000...1 500 м, добре виражений вплив поверхні, що підстилає, на добові зміни метеорологічних елементів. У вільній атмосфері тертя немає і вплив земної поверхні майже відсутній.

По характеру розподілу температури повітря по вертикалі атмосфера ділиться на наступні основні і перехідні шари (табл. 1.2).

В залежності від географічної широти, пори року і синоптичних процесів межі цих шарів можуть мати значні відхилення від приведених середніх їх значень.

Тропосфера, нижній, найбільш щільний шар атмосфери, безпосередньо прилягає до земної поверхні. Товщина його в полярних районах 7...10 км., в помірних широтах 10...12 км., і в тропіках 16...18 км. Фізичні якості цього шару в значній мірі залежать від властивостей підстилаючої поверхні. В тропосфері зосереджено 90% всієї кількості водяної пари, що знаходиться в атмосфері.

Таблиця 1.2

Розподіл атмосфери на шари

Температура в цьому шарі атмосфери падає із зростанням висоти в середньому на 0,650⁰С через кожні 100 м. В тропосфері спостерігається найбільші зміни метеорологічних елементів, як по горизонталі, так і по вертикалі.

Тропосферу умовно можна поділити на три шари. Нижня тропосфера (шар тертя) простирається до висоти 1,5...2 км. У цьому шарі найбільш різко відчувається тепловий і механічний вплив підстилаючої поверхні Землі. У ньому добре виражена добова хода усіх метеорологічних елементів. У нижній тропосфері створюються тумани та хмари нижнього ярусу. Вітер у шарі тертя збільшується з висотою пропорційно натуральному логарифму висоти і повертається праворуч.

Середня тропосфера розташована на висотах від 2 до 6 км.

Верхня тропосфера у помірних широтах простирається в шарі 6...10 км.

Перехідний, вище тропосфери, шар називається тропопаузою і є потужним затримуючим шаром для процесів, що протікають в тропосфері. Товщина тропопаузи від 0,5 до 2 км. Природа тропопаузи вивчена не повністю. У ній уповільнюється падіння температури. Вона мов захисною плівкою огортає земну кулю, яка відіграє надзвичайно позитивну роль для життя на Землі.

Стратосфера розміщується на висотах 11...50 км над поверхнею Землі. У ній міститься основна маса озону, який затримує згубне ультрафіолетове випромінювання Сонця. Знешкодження озонового шару привело б до підвищення температури на Землі на десятки градусів, знищенню більшості живих організмів і рослин. Активне вивчення космічного простору і господарська діяльність людини уже приводить до змін в озоновому шарі і вимагає великої уваги. Озоновий шар (озоносфера) значно впливає на тепловий режим планети (шар між 20 і 45 км.).

В стратосфері температура на висоті 11...30 км практично не змінюється і по величині близька до температури тропопаузи (–50...–60⁰С). В подальшому вона підвищується до 0⁰С. В стратосфері швидкість вітру складає 6...10 м/с і більше, переважно західного напрямку. Однак літом на висоті більше 25 км відбувається поворот вітру із західного на східний. Тиск в стратосфері надає від 170 до 1...2 мм. рт. ст. У зв‘язку із зменшенням щільності повітря з висотою зменшується можливість застосування авіації.

Мезосфера характеризується тим, що на висотах від 50 до 90 км спостерігається спад температури до –70...–80⁰С. Вітровий режим дуже складний і недостатньо вивчений. Тиск в мезосфері незначний і складає соті долі мм. рт. ст., разом з тим політ штучних супутників неможливий. Процентний вміст сухого повітря залишається незмінним.

Термосфера - потужний по товщині шар протяжністю від 90 до 800 км. Для термосфери характерне підвищення температури з висотою, доходячи на верхній межі 10 000⁰С. Тиск надзвичайно малий. Тут відбуваються полярні сяйва. В цьому шарі найбільша щільність космічних апаратів запущених людиною. Склад повітря змінюється. На висотах до 200 км переважає молекулярний азот, а вище 200 км – кисень, який під дією короткохвильового випромінювання розпадається на атоми і іони. В шарі вище 600 км основним компонентом атмосфери є гелій. Тому термосферу ще називають іоносферою. Термосфера є фізичною межею атмосфери.

Екзосфера – самий верхній шар атмосфери, товщиною від 800 до 20 000 км, де по розрахунковим даним температура повітря коливається в межах від 750 до 2 000...5 000⁰С. В екзосфері переважає атомарний водень, тиск практично відсутній.

Деякі вчені, що вивчають склад атмосфери, ділять її на два шари: гемосферу і гетеросферу. В гемосфері товщиною до 50 км молекулярна вага та відносний склад постійних компонентів повітря з висотою не змінюється. В гетеросфері присутні, поряд з молекулами, атоми та іони, а процентний склад повітря і його молекулярна вага з висотою змінюється.

Стосовно поділу атмосфери відносно впливу земної поверхні наступне.

Якщо розділити атмосферу по характеру дії на неї земної поверхні, то необхідно виділити граничний шар, висота якого складає 1…2 км, і вільну атмосферу.

У граничному шарі добре виражені добові зміни основних метеорологічних елементів. На характер руху повітря у цьому шарі великий вплив має тертя на земній поверхні. Швидкість вітру у цьому шарі, як правило, росте з висотою, а вектор вітру звертає праворуч. В граничному шарі виділяють, звичайно, приземний шар повітря висотою в декілька десятків метрів. У цьому шарі з висотою відбуваються найбільш різкі зміни температури і вологи повітря, швидкості вітру тощо.

Нерівномірність нагріву Сонцем земної поверхні та ряд інших факторів визначають загальну циркуляцію атмосфери – системи повітряних течій крупного планетарного масштабу, за допомогою яких відбувається міжширотний обмін повітряних мас (пасати, мусони, циклони, антициклони).

Одним з найбільш важливих процесів взаємодії між поверхнею Землі і атмосферою є кругообіг води, де водяна пара конденсується і випадає у вигляді опадів (дощ, сніг, град, роса, туман та ін.).

У спеціальній метеорології частіше усього приходиться стикатися з процесами, що проходять в приземному шарі атмосфери, точніше, у нижній його частині, тому що саме тут реалізуються бойові властивості зброї масового ураження, наслідки зруйнувань радіаційно і хімічно небезпечних об‘єктів, а також знаходиться переважна кількість цілей ураження цією зброєю. У приземній частині атмосфери діють люди, застосовується техніка, усе це викликає загрозу для осіб і вимагає необхідного захисту.

Гідросфера – це водна оболонка Землі, яка включає океани, моря, ріки, озера, болота, льодовики і снігові покриви материків, підземні води.

Гідросфера покриває 71 % поверхні земної кулі. Загальний обсяг води складає 1 465 млн км³. При цьому морські води становлять – 94 %, води грунтові – 4 %, льодовики –2 %, озера і водоймища – 0,4 %.

У складі гідросфери особливе значення має Світовий океан. На його долю приходиться 70 % усієї поверхні планети Земля, у його водах міститься 96,3 % усіх вод гідросфери. Океан виконує надзвичайно важливі функції для підтримання життя на Землі, у тому числі і для життя людини, а також для погодних процесів. Фітопланктон океану засвоює енергію сонячного випромінювання і створює білки і жири, а атмосферу насичує киснем. Величезні запаси води Світового океану, поглинена сонячна енергія, розчинені речовини і гази роблять його головним регулятором обміну речовин і динамічної рівноваги в природі. Роль гідросфери пояснюється ще і тим, що ніяке біологічне життя не можливо без води. Вода необхідний компонент усіх біологічних процесів, місце існування багатьох необхідних для людини біологічних організмів.

Гідросфера знаходиться у постійній взаємодії з атмосферою, літосферою і біосферою. Вважають, що в гідросфері зародилося Життя на Землі.

Літосфера – це верхня тверда оболонка Землі, що поступово переходить в сфери з меншою твердістю речовини. Вона включає земну кору і верхню мантію Землі. Та її частина, що знаходиться над поверхнею Світового океану, називається землею. Із землею пов‘язано поняття ґрунту, який володіє здатністю давати життя рослинам.

Протяжність літосфери складає 50…200 км, у тому числі товщина земної кори на континентах досягає 50…75 км, а на дні океану – 5…10 км. Верхня частина літосфери (в межах розповсюдження живої матерії) входить у склад біосфери. Літосфера має шарову структуру.

По вислову В.Г. Вільямса, грунт являє собою складну комбінацію мінеральних та органічних речовин в яких ніколи, ні на одну хвилину немає стану спокою, яка наскрізь просякнута життям і живими істотами, яка сама дає життя і в якій стан спокою і нерухомості є станом смерті.

Головну роль в створенні та функціонуванні ґрунту як компоненту біосфери грають мікроорганізми. Ґрунтовий покрив Землі не тільки годує рослини, але й виконує ряд функцій, пов’язаних з природним біогеохімічним кругообігом речовин. До них відносяться: мінералізація останків органічних речовин; акумуляція і розподіл енергії, який проходить через фотосинтез рослин; формування стоку річкової води і хімічного складу суші.

Природне значення ґрунту в тому, що він здійснює зв’язок живої і неживої природи, атмосферного повітря, води і надр. Народногосподарське значення ґрунту заключається в тому, що він є основним засобом виробництва у сільському і лісному господарствах.

В результаті господарської діяльності людини ґрунт забруднюється, висіданнями із атмосфери, забрудненими стічними водами та твердими відходами.

Питання для контролю засвоєння навчального матеріалу.

1. Біосфера, її коротка характеристика.

2. Межи розповсюдження біосфери на планеті.

3. Компоненти біосфери.

4. Поняття про ноосферу.

5. Місце і роль атмосфери у біосфері.

6. Гідросфера як складова біосфери.

7. Літосфера та її роль у біосфері.

1.2. Людина і біосфера

Особливе місце в біосфері займає людина, розумна діяльність якої в масштабах біосфери сприяє перетворенню останньої в ноосферу. На цьому етапі еволюція біосфери відбувається під визначальним впливом людської свідомості в процесі виробничої діяльності. Ноосфера – це не щось зовнішнє стосовно біосфери, а новий етап у її розвитку, сутність якого полягає в розумному регулюванні відносин людини і природи. Важлива роль у цьому регулюванні приділяється екології.

Екологія – це наука, яка вивчає закономірності взаємодії організмів і середовища їх існування, закони розвитку й здійснення біогеоценозів, як комплексів взаємодіючих живих і неживих компонентів у різних ділянках біосфери. Екологічні закономірності виявляються на рівні особи, популяції особистостей, біоценозу, біогеоценозу. Предметом екології, таким чином, є фізіологія і поводження окремих організмів у природних умовах перебування, народжуваність, смертність, міграції, внутрішньовидові відносини, міжвидові відносини, потоки енергії і кругообіги речовин.

Одним з найважливіших понять екології є середовище існування. Середовище – це сукупність факторів і елементів, що впливають на організм у місці його перебування.

Екологічний фактор – це елемент середовища, що робить прямий вплив на живий організм, хоча б на одній зі стадій індивідуального розвитку. Всі екологічні фактори умовно поділяються на біотичні, абіотичні й антропогенні. Біотичні фактори – це всі можливі впливи, що випробує живий організм із боку оточуючих його живих істот. Абіотичні – це всі елементи неживої природи, що впливають на організм, (температура, світло, вологість, склад повітря, води, ґрунту і т.д.). Антропогенні – це фактори, зв'язані з впливом людини на природне середовище. Відповідно до іншої класифікації розрізняють первинні і вторинні періодичні і неперіодичні фактори. До первинного відносять температуру, зміни положення Землі стосовно Сонця, завдяки яким в еволюції виникла добова, сезонна, річна періодичність багатьох біологічних процесів. Вторинні періодичні фактори є похідними первинних, наприклад, рівень вологості залежить від температури, тому в холодних областях планети повітря містить менше водяної пари; неперіодичні фактори діють на організм чи популяцію раптово, епізодично. До них відносять стихійні сили природи – виверження вулканів, ураган, удар блискавки, повінь і інші.

Будь-яка особистість, популяція, співтовариство випробують на собі дію багатьох факторів, але лише деякі з них є життєво важливими. Такі фактори називаються такими, що лімітують чи обмежують. Відсутність цих факторів або коли їхня концентрація вище чи нижче критичних рівнів унеможливлює освоєння середовища особистостями визначеного виду. Відповідно до цього, для кожного біологічного виду існує оптимум фактора (величина, найбільш сприятлива для розвитку й існування) і границі витривалості. Види, що переживають значні відхилення факторів від оптимальної величини, називаються широко пристосованими чи евритопними. Види, що здатні пережити лише незначні відхилення екологічних факторів від оптимальної величини, називаються вузько пристосованими чи стенотопними. Здатність видів освоювати різні середовища існування характеризується величиною екологічної валентності. Для більшості видів екологічний оптимум обмежений. Збереження належного рівня біологічної активності, незважаючи на коливання інтенсивності екологічних факторів, забезпечується гомеостатичними механізмами на рівні особистості чи популяції.

Як уже вказувалося, екологічні закономірності проглядаються на рівні особистості, популяції особистостей, біоценозу (співтовариства), біогеоценозу.

Біогеоценоз – це історично сформоване динамічне, стійке співтовариство рослин, тварин, мікроорганізмів, що знаходиться в постійній взаємодії і безпосередньому контакті з компонентами атмосфери, гідросфери і літосфери. Біогеоценоз складається з біотичної (біоценоз) частини й абіотичної (екотоп), що зв'язані безупинним обміном речовин і являють собою відкриту систему.

Основною функцією біогеоценозу є забезпечення кругообігу речовин і потоків енергії.

Біотична частина біогеоценозу представлена біоценозом. Будь-який біоценоз являє собою такий, що само підтримується, саморегулюючи сукупність живих організмів, яка складається з визначеного комплексу видів, у котрій здійснюється кругообіг речовин і енергії. Організми в біоценозі утворюють співтовариства, що відрізняються тісною залежністю одне від одного, найчастіше на основі харчових зв'язків, як засобу одержання енергії для життя.

В основі харчових (трофічних) зв'язків лежить наявність двох основних типів харчування.

Аутотрофи витягують необхідні для життя хімічні речовини з навколишнього середовища і за допомогою сонячної енергії перетворюють їх в органічну речовину.

Гетеротрофи розкладають органічна речовина до вуглекислого газу, води, мінеральних солей і повертають їх у навколишнє середовище. Цим забезпечується кругообіг речовин, що виник у процесі еволюції як необхідна умова існування життя. При цьому світлова енергія Сонця трансформується організмами в інші форми енергії – хімічну, механічну, теплову. Визначена частина енергії Сонця розсіюється у виді тепла. Діяльність і взаємини всіх живих істот у природі засновано на односторонньо спрямованому потоці енергії і кругообігу речовин.

Співтовариство живих істот (біоценоз) разом з його фізичним середовищем існування, що складається з набору неорганічних речовин (біотоп) складають екосистему. Біогеоценоз є елементарною природною екосистемою. Сукупність усіх екосистем Землі називається біосферою.

У структурі будь-якого біогеоценозу розрізняють наступні обов'язкові компоненти:

1) абіотичні речовини середовища;

2) аутотрофні організми – продуценти біотичних органічних речовин;

3) гетеротрофні організми – консументи (споживачі) готових органічних речовин першого і наступних порядків (рослиноїдні і м'ясоїдні тварини);

4) детритоядні організми – деструктори, що руйнують органічну речовину до простих мінеральних з'єднань (мікроорганізми).

Важлива роль в економіці біогеоценозу належить ланцюгам харчування, що складають трофічну структуру і по який здійснюється перенос енергії і кругообіг речовин. Первинним джерелом енергії в ланцюзі харчування є сонячне випромінювання, потужність енергії якого складає 4,6•1026Дж/с. Поверхні Землі досягає 1/2 000 000 частина цієї кількості енергії, з яких близько 1…2% асимілюється рослинами, 30…70% поглиненої енергії використовується рослинами для забезпечення власної життєдіяльності і синтезу органічних речовин. Енергія, накопичена в рослинній біомасі, складає чисту первинну продукцію біогеоценозу. Фітобіомаса використовується як джерело енергії і матеріалу для створення біомаси споживання першого порядку і далі по харчовому ланцюзі. Звичайно продуктивність наступного трофічного рівня складає не більш 5…20% попереднього. У цілому, якщо сумарна біомаса всіх організмів, що живуть на суші складає приблизно 3* 10¹² т, то на зообіомасу припадає лише 1…3% цієї кількості, а маса живої речовини, що належить людям, складає близько 0,0002% від сумарної маси живої речовини планети. Це зв'язано з тим, що обсяг енергії, необхідний для забезпечення життєдіяльності збільшується з підвищенням рівня морфофункціональній організації. Прогресивне зниження асимільованої енергії в ланцюгах харчування відбивається в структурі екологічних пірамід. Тому, що навіть для найбільш продуктивних співтовариствах у реакціях фотосинтезу використовується всього 1…2% сонячної енергії, а цього не вистачає для того, щоб прокормити зростаюче чисельно людство.

Зворотні співвідношення – відносно мала біомаса і висока первинна продуктивність – властиві агробіоценозам, що є економічно вигідними. Однак без постійного догляду та захисту з боку людини вони швидко змінюються малопродуктивними природними біогеоценозами.

Первинною ареною розвитку живої речовини на Землі була протобосфера, що охоплювала поверхневі шари гідросфери, та частину літосфери.

У ході еволюції поверхня Землі придбала головні риси свого сучасного біогеохімічного вигляду.

Одним з найважливіших результатів дії природних факторів на людину як біологічний вид на всьому протязі історії людства, тобто його еволюції, є екологічна диференціація населення земної кулі, розподіл його на адаптивні типи.

Адаптивний тип являє собою норму біологічної реакції на переважні умови існування, що обумовлює найкращу пристосованість до навколишнього середовища. Розрізняють: адаптивні типи помірного пояса, арктичний, тропічний та гірський адаптивний тип.

Велика частина населення помірного поясу проживає в промислово розвинутих країнах з великою часткою міського населення, виявлення біологічних механізмів адаптації в них ускладнено. Арктичному типу властиво сильний розвиток кістково-м'язового апарата, великі розміри грудної клітки, високий рівень гемоглобіну, великий простір, займаний кістковим мозком, підвищена здатність окисляти жири, стійкі процеси обміну в умовах переохолодження. Мають особливості процеси терморегуляції. У місцевих жителів півночі температура тіла може суттєво знижуватися, але обмін речовин при цьому майже не сповільнюється, щодо стороннього населення, то у його представників температура шкіри не падає, але з'являється сильне тремтіння, тому що підсилюється обмін речовин і збільшується втрата тепла через шкіру.

Тропічний регіон відрізняється екстремальними кількостями тепла і вологи, тому тропічний адаптивний тип людини формувався під впливом жаркого клімату, раціону з низьким вмістом тваринного білка, великої різноманітності екологічних умов від району до району. Тут спостерігається найбільша розмаїтість груп населення в расовому, етнічному й економічному відносинах. Саме тут живуть самі низькорослі і самі високорослі люди. До характерних ознак тропічного типу відносяться подовжена форма тіла, знижена м'язова маса, зменшений обсяг грудної клітки, велика кількість потових залоз, низький обмін речовин і так далі.

У високогір'ї низький атмосферний тиск, холод, одноманітність їжі. У гірського адаптивного типу людей підвищений основний обмін, збільшено кількість еритроцитів, кількість гемоглобіну, розширена грудна клітка.

У будь-якому випадку, у різних зонах земної кулі формувалися людські популяції, генофонди, які відповідають місцевим умовам краще, ніж генофонд виду в цілому. Наявність різних адаптивних типів свідчить про значну екологічну мінливість людини, що послужила причиною всесвітнього поширення людей. Індивідуальні і групові адаптації людини, на відміну від біологічної адаптації рослин і тварин, забезпечують поряд з виживанням і відтворенням потомства, виконання соціальних функцій, найважливішою з який є продуктивна праця. Заходи, що спрямовані на оптимізацію умов життя і трудової діяльності, включають створення сприятливих і безпечних умов праці, створення і благоустрій житла, створення одягу, організацію харчування і водопостачання, раціональний режим праці і відпочинку. Однак не слід забувати про те, що в основі усіх форм адаптації лежать біологічні механізми, це необхідно враховувати при міграції людей в інші кліматичні зони. Відбувається так називана акліматизація людей до нових умов існування. Критерієм акліматизації для тварин і рослин є виживання, для людей – відновлення високого рівня працездатності. При акліматизації відбуваються досить складні фізіологічні процеси – перебудова обміну речовин, процесів терморегуляції, дихання, кровообігу й інших. Наприклад, у акліматизованих на півночі людей на холоді тепловий потік з рук зростає на 40%, тоді як із грудей – на 19%. У зв'язку з цим, завдяки високій температурі, зберігається належна працездатність верхніх кінцівок. На людські популяції усе в більшій ступені впливають соціальні фактори. Результатом їхньої дії є закономірна зміна в історичному розвитку суспільства, господарсько-культурних типів співтовариств людей, що утворюються в подібних природно-ресурсних умовах.

В даний час у промислово розвинутих країнах у зв'язку з науково-технічним прогресом склалися господарсько-культурні типи з високорозвиненим товарним землеробством і тваринництвом.

Лише в обмеженому числі регіонів ще зберігається, наприклад, “прихоплюючий” тип, що віддає перевагу економічній ролі полюванню, рибальству, збиранню (пігмеї-мисливці на території Заїра, племена аета, кубу в лісах Південно-Східної Азії, індіанці в басейні Амазонки).

Суть теорії єдності організму людини і навколишнього середовища відбита у відомому висловленні І.М. Сєченова про те, що “організм людини без зовнішнього середовища, що підтримує його існування, немислимий”.

Антропоекологічні системи являють собою співтовариства людей, що знаходяться в динамічному взаємозв'язку із середовищем, і ці зв'язки використовуються, для задоволення своїх потреб. Антропоекологічні системи розрізняються в залежності від чисельності і характеру організації людських популяцій. Велике значення у визначенні розміру зазначених систем мають природні умови. Найбільш чисельні сучасні людські популяції, близько 80%, живуть на 44% суші в області тропічних лісів, саван, а також у зоні помірного пояса з чагарниковою рослинністю і змішаними лісами. На посушливих землях, у пустелях на 18% суші розміщено 4% населення. У різних умовах існування людина займає різні екологічні ніші. Екологічна ніша – сукупність усіх факторів і ресурсів середовища, у межах якої може існувати вид у природі. Антропоекологічні системи відрізняються від природних екосистем наявністю в їх складі людських співтовариств, яким належить домінуюча роль у розвитку всієї системи. Людина в середовищі існування є об'єктом дії екологічних факторів і сама є важливим екологічним фактором. Відмітна риса людини, як екологічного фактора, полягає в усвідомленості, цілеспрямованості і масированості впливу на природу. Енергозабезпеченість, технічна озброєність людей створює передумови для заселення будь-яких екологічних ніш. Людство – єдиний вид, який має всесвітнє поширення, що перетворює його в екологічний фактор із глобальним впливом.

Завдяки впливу на головні компоненти біосфери, наслідки діяльності людства досягають самих віддалених зон планети. Наприклад, ДДТ (у народі дуст) був виявлений у печінці тюленів і дельфінів, виловлених в Антарктиді, де жоден інсектицид ніколи не застосовувався. Це, зв'язано зі здатністю живих організмів до біоакумуляції, тобто нагромадження в тканинах речовин, що надходять із навколишнього середовища. Різні організми мають визначений коефіцієнт біоакумуляції. Коефіцієнт біоакумуляції – це відношення концентрації речовини в організмі до концентрації його в навколишнім середовищі. Він складає величину, що дорівнює: для рослин – 0,1; для комах – 0,3; для хробаків – 70; гризунів – до 100; креветок – 1 000; устриць – 10 000; риб – 100 000, Так, наприклад, в озерах США встановлена наявність ДДТ у зоопланктоні в кількості 5 мг/кг, у дрібних рибах – до 10 мг/кг, у великих рибах – до 200 мг/кг. В організмі птахів, що харчуються рибою, кількість ДДТ склало 2 500 мг/кг, що приводило до їхньої загибелі.

Питання для контролю засвоєння навчального матеріалу.

1. Біогеоценоз – його характеристика і компоненти.

2. Адаптивні типи людини.

3. “Прихоплюючий” тип людей.

4. Антропоекологічні системи і здоров'я.

5. Енергозбереженність та технічна озброєнність – передумови заселення екологічних ніш.

6. Природні явища – джерела негативних факторів.

7. Джерела негативних факторів побутового походження.

8. Біоакумуляція та її кількістна характеристика. Вплив біоакумуляції на прцес проникнення радіоактивних речовин в організм людини.

1.3. Анатомо-фізіологічні механізми безпеки і захисту людини від впливів негативно діючих факторів

У ході еволюції в організмі людини сформувалися механізми, які забезпечують його пристосування до різних умов життя, а також стабілізацію активності органів та систем у визначених функціональних діапазонах. Можливості організму реагувати на зовнішні і внутрішні подразники відносно обмежені, але комбінація різних реакцій розширяє можливості організму при взаємодії з навколишнім середовищем.

Негативні впливи на організм можуть робити різні надзвичайні чинники (фактори зовнішнього середовища) – фізичні, хімічні, біологічні, психофізіологічні. Ступінь їхньої шкідливості відносна і залежить від супутніх умов і стану зовнішнього і внутрішнього середовища організму. Вплив усіх цих факторів відбувається в конкретних соціальних умовах існування, що мають нерідко вирішальне значення в забезпеченні безпеки життєдіяльності.

Здатність організму реагувати на впливи факторів навколишнього середовища називається реактивністю.

Реактивність забезпечується захисно-компенсаторними системами і механізмами, у функціонуванні яких вирішальна роль належить нервовій системі. В процесі становлення людини нервова система стала ведучою, вона підтримує цілісність організму, його єдність з навколишнім середовищем, збереження сталості внутрішнього середовища, будівлі, функцій.

Нервова система виконує наступні найважливіші функції:

здійснює взаємодію організму з навколишнім середовищем, забезпечуючи його пристосування до постійно мінливих умов існування;

поєднує органи і системи тіла в єдине ціле і погоджує їхню діяльність;

на вищому етапі розвитку нервова система здійснює психічну діяльність на основі фізіологічних процесів відчуття, сприйняття і мислення.

Нервова система умовно поділяється на дві частини: соматичну, яка керує мускулатурою кістяка і деяких внутрішніх органів (гортань, глотка) і вегетативну – іннервуючу (здійснюючу зв’язок органів і тканин за допомогою нервів з центральною нервовою системою) всі м'язи, шкіру, судини.

Умовність такого розподілу виявляється з того, що вегетативна нервова система має відношення до іннервації всіх органів, а також визначає тонус кістякової мускулатури.

Крім такої класифікації, що відповідає будові організму, нервову систему поділяють по топографічному принципі на центральний і периферичний відділи. Під центральною нервовою системою розуміється спинний і головний мозок, під периферійною – нервові корінці, вузли, сплетення, нерви і нервові периферійні закінчення. Як у центральної, так і в периферійних відділах нервової системи містяться елементи соматичної і вегетативної частин, чим досягається єдність нервової системи.

Спинний і головний мозок – це скупчення нервових кліток разом із найближчими розгалуженнями їхніх відростків. Скупчення нервових кліток існує також у виді вузлів і поза центральною частиною нервової системи (спинномозкові вузли, вузли черепно-мозкових нервів, чисельні вузли вегетативної нервової системи). Нерви являють собою скупчення нервових волокон (відростків), які йдуть від вузлів нервових кліток спинного і головного мозку. Вони здійснюють зв'язок між центральною нервовою системою та окремими органами й клітками організму. Нерви, що проводять імпульси збудження з центральної нервової системи до робочих органів, називаються спадними, відцентровими чи руховими. Нерви, що передають імпульси збудження від різних органів і ділянок тіла у головний і спинний мозок, називаються висхідними, доцентровими чи чуттєвими. Частіше нерви бувають змішаними, у їхньому складі є як чуттєві так і рухові волокна. Рухові нерви закінчуються руховими закінченнями – еффекторами, чуттєві нерви – чуттєвими закінченнями – рецепторами.

Рецептори – спеціалізовані нервові клітки, що мають виборчу чутливість до впливу визначених факторів. Рецептори можуть бути у виді простих нервових закінчень, мати форму волосків, пластинок, колбочок, паличок, кульок, спіралей, шайбочок. Частина рецепторів призначена для сприйняття факторів навколишнього середовища. Це – екстерорецептори. Інша частина сприймає зміни внутрішнього середовища організму. Їх називають інтерорецепторами.

Рецептори строго спеціалізовані. Фоторецептори розташовані в сітківці ока і сприймають електромагнітні хвилі видимого діапазону. Фонорецептори вуха реагують на механічні коливання повітря опосередковано через системи внутрішнього вуха. Тактильні рецептори – це рецептори дотику. Баро і осморецептори судин відчувають зміни гідростатичного й осмотичного тиску крові. Рецептори вестибулярного апарата сприймають зміни положення голови і тіла щодо вектора гравітації. Проприорецептори м'язів і сухожиль реагують на зміну напруги м'язів і положення частин тіла відносно один одного. Хеморецептори відчувають вплив хімічних речовин, глюкорецептори сприймають зміни рівня цукру в крові. Терморецептори реагують на зміну температури. Болючі рецептори реагують на дію, що травмує – механічну, хімічну, температурну й ін.

Основними властивостями нервових волокон є збудливість і провідність, тобто можливість проводити отримане збудження. Роздратування рецепторів трансформується в них у нервові імпульси – хвилі збудження. Збудження супроводжується виникненням біострумів.

Проведення імпульсів збудження по волокну можливо тільки у випадку його анатомічної цілісності і нормального фізіологічного стану. При їхньому порушенні, наприклад розриві (унаслідок поранення) рухового нерва, що йде до м'язів, настає параліч цих м'язів, утрата чутливості, якщо це був чуттєвий нерв. Імпульс збудження не проводиться також при здавлюванні, припиненні кровопостачання, при сильному охолодженні, отруєнні отрутами чи наркотиками. Провідність у нервах може бути порушена за допомогою деяких лікарських речовин, наприклад анестезуючих, що використовується в медичній практиці при різних видах місцевого знеболювання.

Проведення збудження здійснюється строго ізольовано по одному нервовому волокну і не переходить на інші (сусідні). Швидкість проведення збудження по нервовому волокну у людини варіює від десятків до сотень метрів за секунду. Імпульс збудження може поширюватися в двох напрямках – доцентровому і відцентровому (двостороннє проведення), на відміну від нейронів, через які нервове збудження проводиться тільки в одному напрямку.

Функції нервової системи здійснюються по механізму рефлексу.

Рефлекс – це реакція організму на роздратування із зовнішнього чи внутрішнього середовища, здійснювана за посередництвом центральної нервової системи. В основі всякого рефлексу лежить діяльність системи з'єднаних один з одним нейронів, що утворюють так називану рефлекторну дугу, приклад такої дуги приведений на рис. 1.1.

Найпростіша рефлекторна дуга складається з двох нейронів: один із них зв'язаний з якою-небудь чуттєвою поверхнею, наприклад, зі шкірою, а другій – із м'язами чи залозами. При роздратуванні чуттєвої поверхні збудження рухається по зв'язаному з нею нейрону до рефлекторного центру, де знаходиться з’єднання – синапс обох нейронів. Тут збудження переходить на інший нейрон і йде вже відцентрово до м'язів або залозі.

Рис.1.1. Схема рефлекторної дуги: 1 – шкіра, 2 – кістяковий м'яз, 3 – чуттєвий нерв, 4 – руховий нерв, 5 – спинний мозок – місце переключення збудження на руховий нерв.

Часто до складу рефлекторної дуги входить третій, уставний нейрон, що служить місцем передачі збудження з чуттєвого шляху на руховий. Крім простих тринейронних рефлекторних дуг, є багатонейронні рефлекторні дуги, які проходять через різні рівні головного мозку, включаючи його кору. Незважаючи на складність будівлі, у будь-якій рефлекторній дузі виділяються три головних елементи:

рецептор, що трансформує енергію роздратування в нервовий процес, зв'язаний з аферентним нейроном;

центральна нервова система (різні її рівні від спинного до головного мозку), де здійснюється перетворення збудження у відповідну реакцію і переключення його з доцентрових на відцентрові волокна;

аферентний нейрон, що здійснює відповідь.

Обов'язковою умовою здійснення рефлексу є цілісність всіх елементів рефлекторної дуги.

Відкриття закономірностей системної організації цілеспрямованих поведінкових актів організму дозволило установити, що поведінковий акт здійснюється не тільки за принципом рефлексу, але і за принципом саморегуляції, що забезпечується функціональними системами.

Функціональні системи – це одиниці цілісної діяльності організму, які представляють собою динамічні саморегулюючі організації, котрі формуються на метаболічній (від слова метаболізм – обмін) основі під впливом факторів навколишнього, а у людини, в першу чергу, соціального середовища.

На відміну від рефлексу, що у будь-який момент є реакцією організму на той чи інший подразник, функціональні системи не тільки реагують на зовнішні стимули, але і за принципом зворотного зв'язку відповідають на різні зрушення контрольованого ними кінцевого результату; у функціональних системах формуються випереджальні дійсні події реакції; у них відбувається звірення досягнутого результату з поточними потребами організму.

Кожна функціональна система за допомогою нервової і гуморальної регуляції вибірково поєднує різні органи і тканини для забезпечення необхідних організму результатів.

Різні функціональні системи для забезпечення специфічних результатів діяльності поєднують ті самі органи і тканини, у зв'язку з чим утрачається традиційний органічний принцип побудови фізіологічних функцій.

Будь-яка функціональна система відповідно до теорії професора П.К.Анохіна має принципово єдину типову організацію і включає наступні загальні універсальні периферичні і центральні вузлові механізми:

корисний пристосувальний результат як ведуча ланка функціональної системи;

рецептори результату;

зворотну аферентацію, що йде від рецептора результату в центральні утворення функціональних систем;

центральну архітектуру, що представляє виборче об'єднання функціональних систем нервових елементів різних рівнів;

виконавчі соматичні, вегетативні й ендокринні компоненти, що включають організоване цілеспрямоване поводження.

Взаємодія різних функціональних систем у цілісному організмі будується на основі принципів їхньої ієрархії і багато зв’язаної, мультіпараметричної взаємодії результатів діяльності окремих функціональних систем.

Сутність принципу ієрархії полягає в тім, що в кожен конкретний момент діяльність організму забезпечується домінуючою в плані виживання адаптації функціональної системи до навколишнього середовища.

Всі подібні функціональні системи вибудовуються у ієрархічному порядку стосовно домінуючого в даний момент часу і кожна з них буде займати місце домінуючої функціональної системи відповідно до їх соціальної і біологічної значимості для людини. Зміна домінуючої функціональної системи й ієрархічний порядок вибудовування функціональних систем – процес постійний, що відбиває сутність безупинно існуючого обміну речовин і постійної взаємодії організму з навколишнім середовищем.

Принцип мультіпараметричної взаємини різних функціональних систем полягає в їхній узагальненій діяльності. Зміна одного показника як результату діяльності визначеної функціональної системи, негайно відбивається на показниках діяльності інших функціональних систем. Так, наприклад, фізичне навантаження приводить до змін у функціональних системах підтримки оптимальних величин показників кровообігу, дихання, терморегуляції та ін.

Цілісний організм у кожен момент являє собою злагоджену взаємодію різних функціональних систем і збудження чи “розбалансування” цієї взаємодії приведе до захворювання і загибелі.

Функціональні системи на відміну від рефлексу (рефлекторної дуги), що є складовою частиною системної організації, мають замкнуту саморегулюючу динамічну організацію і їхня діяльність спрямована на забезпечення необхідних для організму пристосувальних реакцій.

Розглянемо як функціонує центральна нервова система.

Спинний мозок розташований у спинномозковому каналі. Він являє собою довгий тяж приблизно циліндричної форми, якій угорі закінчується на рівні великого потиличного отвору, унизу – на рівні другого поперекового хребця. На місці відходження нервів до верхніх і нижніх кінцівок мається два стовщення – шийне і поперекове. Середня довжина спинного мозку у чоловіків становить 45 см, у жінок – 41...42 см; маса його досягає 34...38 гр.

Рефлекси, що здійснюються спинним мозком, протікають по тринейронній рефлекторній дузі. Нервові волокна угруповуються в висхідні і спадні шляхи, що з'єднують різні ділянки спинного мозку один з одним, а також спинний мозок із головним.

Спинний мозок виконує рефлекторну і провідникову функції. Рефлекторна діяльність спинного мозку різноманітна і здійснюється кожним її сегментом. У шийних сегментах розташовані центри рефлекторних рухів діафрагми, шийних м'язів, м'язів плечового пояса і верхніх кінцівок; у грудних сегментах – центри м'язів тулуба; у поперекових і крижових сегментах – центри м'язів стегнової області і нижніх кінцівок.

У грудному і поперековому відділі спеціальні нейрони утворюють центри потовиділення і судинно-рухомі системи; у крижовому відділі – центри сечовипускання, дефекації, діяльності статевих органів.

При ушкодженні спинного мозку внаслідок поранення, здавлювання чи розриву, виникають збудження зазначених вище функцій відповідно іннервуючих ділянок тіла – паралічі, випадіння рефлексів, згасання провідності й інші. Високий порив спинного мозку смертельний у зв'язку з виникненням респіраторного шоку. Рефлекторна діяльність спинного мозку знаходиться під контролем кори великих півкуль і інших відділів головного мозку, унаслідок чого стає можливим довільне регулювання деяких функцій організму (сечовипускання, дефекація й ін.)

Крім рефлекторної, спинний мозок виконує провідникову функцію. Імпульси, що приходять у спинний мозок з периферії, по висхідним шляхам передаються в головний мозок. По спадним шляхах імпульси від головного мозку йдуть до кінцевих аферентних нейронів спинного мозку.

Головний мозок розташований у порожнині черепа, маса мозку в дорослої людини становить 1 400...1 450 гр.

У головному мозку розрізняють п’ять відділів: кінцевий мозок чи великі півкулі; проміжний мозок, що складається з зорових бугрів, колінчатих тіл і підбугрової області; середній мозок, що включає чотирихолміє і ніжки мозку; задній мозок, до якого відноситься мозочок і міст мозку; продовгуватий мозок.

У продовгуватому мозку розташовуються центри багатьох рефлексів. Продовгуватий мозок через висхідні шляхи спинного мозку одержує імпульси від усіх рецепторів тулуба і кінцівок. У ньому знаходиться ряд життєво важливих центрів, що здійснюють рефлекторні акти: автоматично працюючий дихальний центр, центр серцевої діяльності, судинно рухомий центр, центр регуляції обміну речовин. Через продовгуватий мозок здійснюються також захисні рефлекси (мигання, сльозовиділення, кашель, та ін.), рефлекси ковтання, відділення травних соків. Крім рефлекторної функції продовгуватий мозок виконує важливу провідникову функцію, через нього замикаються шляхи, що з’єднують центри великих півкуль, мозочка і проміжного мозку зі спинним.

Таким чином, продовгуватий мозок відіграє величезну роль у житті організму. Найменше його ушкодження становить велику небезпеку і часто приводить до смерті, унаслідок припинення дихання і зупинки серця.

Функції мозочка складні: до нього йдуть шляхи, що приносять імпульси з рецепторів м'язів, сухожиль, зв'язкового та вестибулярного апаратів, від кори великих півкуль; він бере участь у регуляції рухової діяльності організму і вегетативних функцій.

Середній мозок складається з двох ніжок мозку і пластинки чотирихолмія. До чотирихолмію надходять сигнали від сітківки очей, тут здійснюється орієнтований рефлекс на звук. У середньому мозку відбувається регуляція м'язового тонусу і настановних рефлексів, що забезпечують правильне положення тіла в просторі. Між проміжним мозком і корою великих півкуль існують зв'язки, які лежать в основі виникнення умовних рефлексів. У проміжному мозку здійснюються реакції емоційного фарбування поводження людини.

Через гіпофіз проміжний мозок впливає на діяльність залоз внутрішньої секреції.

Кінцевий мозок представлений великими півкулями. До складу кожної півкулі входять: кора, підкірка, нюховий мозок, розташований на основі лобної частки.

Кора великих півкуль являє собою вищий відділ центральної нервової системи, що пізніше всього з'явився в процесі еволюції і пізніше інших відділів мозку формується в ході індивідуального розвитку. Кора складається із шару сірої речовини товщиною 2…3 мм і містить близько 14 млрд. нервових кліток. Завдяки чисельним борознам і звивинам поверхня кори досягає по площі 2 м². Для кори головного мозку характерна велика швидкість обміну і високий рівень окисних процесів. При відносно невеликій вазі (всього 2% від усієї ваги тіла) кора споживає близько 18% кисню, що надходить в організм. Коркові клітки чутливі до зміни сталості внутрішнього середовища, особливо до вмісту кисню у крові, тому навіть короткочасне припинення кровообігу (на кілька секунд) приводить до втрати свідомості, а через 5…6 хв. після знекровлювання мозок гине.

Однією з найважливіших функцій кори великих півкуль є аналітична. Вона розглядається як складна система коркових кінцівок аналізаторів, у яких відбувається аналіз сигналів від усіх рецепторів тіла і синтез відповідних реакцій у біологічно доцільний акт. У зв'язку з цим кора великих півкуль є вищим органом координації рефлекторної діяльності.

Завдяки здатності до вироблення тимчасових зв'язків, кора великих півкуль являє собою орган придбання і нагромадження індивідуального життєвого досвіду. Процеси, що протікають у корі, є фізіологічною основою свідомості, сприйняття, пам'яті, мислення, волі. У зв'язку з цим кора великих півкуль є органом свідомості і довільних дій людини.

Аналізатори – це функціональні системи, що забезпечують аналіз (розрізнення) подразників, які діють на організм. Аналізатори – дуже складні системи, проте в їхній структурі можна виділити наступні ланки:

периферичний відділ – рецептори, що сприймають роздратування. Вони розташовуються найчастіше в органах почуттів;

провідниковий відділ – нервові шляхи, по яких імпульс збудження передається в кору великих півкуль головного мозку;

центральний відділ – ділянка кори головного мозку, що перетворює отримане роздратування у визначене відчуття.

Діяльність кори великих півкуль, як і інших відділів нервової системи, має рефлекторний характер.

Безумовні рефлекси – це успадковані від предків, уроджені рефлекторні реакції, придбані в результаті еволюційного розвитку. Вони звуться інстинктами і протікають по уродженій рефлекторній дузі. Основними безумовними рефлексами є смоктальний, харчовий, оборонний, половий. Безумовні рефлекси, що виникають при дії подразників зовнішнього і внутрішнього середовища, мають величезне значення для регуляції таких функцій, як кровообіг, дихання, травлення, обмін речовин, виділення, терморегуляція і інші, але їх недостатньо для того, щоб забезпечити пристосування організму до умов навколишнього середовища, що постійно змінюється.

Умовні рефлекси – індивідуально придбані в процесі життєдіяльності реакції, що сприяють і забезпечують пристосування організму до умов навколишнього середовища. Умовні рефлекси носять тимчасовий характер, можуть зникати при непідкріплені і знову з'являтися у відповідь на нові подразники.

Поняття про умовні рефлекси лежать в основі теорії про першу і другу сигнальні системи. Сигналами називаються всі подразники (звук, світло, тиск, хімічні речовини, тощо), що впливають на рецептори і викликають ті чи інші рефлекси. Діяльність кори, зв'язану зі сприйняттям безпосередніх подразників чи сигналів із зовнішнього світу, називають першою сигнальною системою. Ця система є у тварин і у людей.

Але пусковим механізмом рефлексів у людини можуть бути не тільки предмети і явища, а і їхні мовні позначення − символи явищ. Діяльність кори, зв'язана з мовою, називається другою сигнальною системою.

Сигнали першої сигнальної системи є конкретними, стосовними тільки до визначеного подразника, що безпосередньо впливає на визначені органи почуттів. Особливістю другої сигнальної системи є відволікання й узагальнення подразників першої сигнальної системи. Друга сигнальна система є всеосяжною, здатною узагальнити і замінити всі подразники першої сигнальної системи, вона являє собою фізіологічну основу мови і мислення людини.

Важливу роль у пристосуванні організму до умов середовища виконує також вегетативна нервова система. Вегетативна нервова система – відділ нервової системи, що регулює функції всіх органів, серцево-судинної системи, обмін речовин. Вегетативна нервова система поділяється на функціонально різні відділи: симпатичну і парасимпатичну.

Симпатична нервова система – це частина вегетативної нервової системи, у якої другий, проміжний нейрон лежить у нервових вузлах, розташованих уздовж хребта

Парасимпатична нервова система – це частина вегетативної нервової системи, у якої другий проміжний нейрон розташовується безпосередньо в іннервируємому органі.

В залежності від змін зовнішніх умов у центральній нервовій системі (ЦНС) виникають гальмуючі чи збуджуючі імпульси, які через вегетативну нервову систему пристосовують роботу внутрішніх органів до цих змін.

Симпатична нервова система як би мобілізує організм для роботи. Діяльність парасимпатичної нервової системи спрямована головним чином на переключення механізмів організму на процеси харчування, нагромадження енергетичних ресурсів.

В основі діяльності центральної нервової системи лежать процеси збудження і гальмування. Збудження і гальмування це дві стадії єдиного нервового процесу, що відбувається в центральній нервовій системі.

Існує кілька видів гальмування. Зовнішнє гальмування зв'язане з появою в корі головного мозку нового виду діяльності. Воно виникає в результаті індукційного впливу області центральної нервової системи, яка дратується, на область, що перебуває в стані збудження. Зовнішнє гальмування сприяє переключенню організму на новий вид діяльності.

Позамежне гальмування, на відміну від зовнішнього, є прямим. Воно виникає в тих областях центральної нервової системи, які безпосередньо піддаються дії зовнішнього роздратування. Таке гальмування виникає у відповідь на дію сильних, тривалих чи частих подразників; позамежне гальмування є захисним для організму, охоронним гальмуванням.

Внутрішнє гальмування має місце тільки у відношенні умовно-рефлекторній діяльності кори великих півкуль. Воно виявляється в розриві умовно-рефлекторного зв'язку при не підкріпленні дії умовного подразника безумовним.

Однією з найважливіших форм гальмування є сон, що охороняє нервові клітки від перевтоми і виснаження. Під час сну гальмування поширюється не тільки на кору головного мозку, але і на деякі підкіркові відділи. Іноді під час сну в корі можуть залишатися окремі ділянки збудження – “сторожові пункти”. Нормальний сон дорослої людини триває 7...8, немовляти – 20 годин.

Безпека життєдіяльності спрямована на захист людини від впливу небезпечних, шкідливих і уражаючих факторів. Для підтримки системи “людина-середовище” у безпечному стані необхідно погодити дії людини з елементами навколишнього середовища. Людина здійснює безпосередній зв'язок з навколишнім середовищем за допомогою органів почуттів. Як уже було показано вище, органи почуттів є периферичними відділами аналізаторів.

Основною характеристикою аналізатора є чутливість, що виражається в здатності живого організму сприймати дію подразників, які виходять із зовнішнього чи внутрішнього середовища. Вона характеризується величиною порога відчуття – чим нижче поріг, тим вище чутливість. Розрізняють абсолютний і диференціальний пороги відчуття. Абсолютний поріг відчуття – це мінімальна сила роздратування, що здатна викликати відповідну реакцію. Диференціальний поріг відчуття – це мінімальна величина, на яку потрібно змінити роздратування, щоб виявити зміну відповідної реакції. Час, що проходить від початку впливу подразника до появи відчуття, називається латентним періодом.

Зоровий аналізатор забезпечує більше 80% інформації про зовнішній світ. Він має важливе значення в забезпеченні безпеки життєдіяльності і характеризується наступними показниками:

гостротою зору – спроможністю роздільного сприйняття об'єктів;

полем зору – що представляє собою область бінокулярного зору, котре забезпечує стереоскопічність сприйняття реальності;

Поиск по сайту: