Благодаря дыханию организм получает кислород и освобождается от излишков углекислоты, образующейся в результате обмена веществ. Дыхание и кровообращение обеспечивают все органы и ткани нашего тела необходимой для жизни энергией. Подобно тому как в двигателе автомобиля сжигается бензин с кислородом, а для того, чтобы обогреть помещение, необходимы уголь и кислород, точно так же и клетки организма используют кислород: они сжигают свое топливо (сахар) вместе с кислородом и производят энергию. Освобождение энергии, необходимой для жизнедеятельности организма, происходит на уровне клеток и тканей в результате биологического окисления. Дыхательный процесс включает несколько этапов:

1) наполнение легких атмосферным воздухом;

2) переход кислорода из легочных альвеол в кровь, протекающую через капилляры легких;

3) выделение из крови в альвеолы, а затем в атмосферу углекислоты;

4) доставка кислорода кровью к клеткам и тканям;

5) доставка кровью углекислоты из тканей к легким;

6) потребление кислорода клетками — клеточное дыхание.

Воздух поступает при вдохе в трахею (1) (рис. 9) — трубку, состоящую из 16–20 хрящевых колец и выстланную слизистой оболочкой. Эта трубка у входа в легкие разветвляется на два колена, которые входят в легкие уже как бронхи (2) — два ветвистых «дерева», большие ветви которого делятся на маленькие веточки — бронхиолы (3). Воздух, пройдя трахею, бронхи, бронхиолы, заканчивает свой путь в легочных пузырьках — альвеолах. Легкие (4) имеют несколько сотен миллионов этих пузырьков. Альвеолы оплетены сетью капилляров; стенки альвеол и капилляров настолько тонки, что кислород воздуха из альвеол может легко переходить в кровь, захватываться красными кровяными тельцами и переноситься к клеткам. Клетки отдают свой отработанный продукт — двуокись углерода — в кровь, и через вены с помощью тех же переносчиков — красных кровяных телец — эта двуокись углерода направляется обратно в легкие. Там альвеолы принимают этот отработанный газ, и затем он выдыхается в атмосферу.

Рис. 9. Дыхательные органы:

1 — трахея; 2 — бронхи; 3 — бронхиолы;

4 — легкие; 5 — диафрагма

Когда человек дышит, большую часть работы выполняет диафрагма (5), состоящая из мышц и фиброзной ткани; она образует сплошную стенку между грудной клеткой и грудной полостью. При вдохе мышечные волокна диафрагмы сокращаются и сглаживают купол диафрагмы, сдвигая центральную часть вниз, к брюшной полости. Это увеличивает объем легких и способствует прохождению в них воздуха через трахею, носовую или ротовую полость. Выдох происходит путем простого расслабления мышц; при этом воздух выходит так, как если бы его стали выпускать из воздушного шарика.

Нервная система играет важнейшую роль в сенсорном восприятии органов чувств, в ощущении боли и удовольствия, в контроле за движениями и в регулировании многих функций организма. Эта самая сложная система человеческого организма играет также жизненно важную роль в развитии речи, мышления и памяти. Нервная система подразделяется на центральную нервную систему и периферическую.

К центральной нервной системе относятся головной мозг и спинной мозг, которые полностью контролируют все нервные ткани тела. Важнейшими функциями мозга являются регуляция деятельности внутренних органов, координация всех физиологических и биохимических процессов, протекающих в нашем теле, и адаптация организма к внешней среде. Раздражения, поступающие из внешнего мира (звуковые, световые, тактильные, вкусовые и пр.), воспринимаются специальными нервными окончаниями — рецепторами.

Рецепторы — это «окна» нервной системы. Они служат посредниками между внешней средой и мозгом. Рецепторы обладают специфической чувствительностью к изменениям температуры, освещения, уровней звуковых колебаний и другим стимулам. Однако мозг должен быть информирован и о том, что происходит в самом организме. Поэтому рецепторы есть во всех частях тела, внутри каждого органа. Сигналы из внешнего и внутреннего мира разнообразны по своей природе — они могут быть механическими, химическими и пр. Эти сигналы преобразуются в рецепторах в нервные импульсы и по чувствительным нервам передаются в спинной и головной мозг. Таким образом, мозг постоянно получает обширную информацию об изменениях в окружающем мире и о состоянии самого организма. Эта информация подвергается сложнейшей переработке и также в виде нервных импульсов передается в исполнительные органы, регулируя физиологические процессы, биохимические реакции и мышечную деятельность.

Спинной мозг представляет собой столб нервной ткани, который тянется внутри позвоночника от головного мозга до нижней части спины. У спинного мозга есть две главные функции. Во-первых, он служит двусторонней проводящей системой между головным мозгом и периферической нервной системой. Во-вторых, он осуществляет контроль над простой рефлекторной деятельностью. Если, например, человек случайно положил руку на горячую плиту, болевые рецепторы в коже пошлют импульсы по чувствительным волокнам к спинному мозгу и человек быстро автоматически отдергивает руку.

Действующие элементы нервной системы — это миллионы взаимосвязанных между собой нервных клеток, называемых нейронами. Их функция очень схожа с функцией проводов в сложном электромеханизме: они принимают сигналы в одной части нервной системы и передают их в другую, где эти сигналы могут, в свою очередь, быть направлены дальше, к другим нейронам, или же вызвать какое-либо действие (например, сокращение мышечных волокон). В соответствии со своими функциями нейроны делятся на три типа: чувствительные (сенсорные) нейроны, передающие информацию от органов чувств в центральную нервную систему; интеронейроны, обрабатывающие полученную информацию, и двигательные нейроны, возбуждающие произвольные и непроизвольные движения.