Анализатор (сенсорная система) - функциональная система, обеспечивающая восприятие и переработку информации из внешней и внутренней среды организма.
Учение об анализаторах разработано И.П. Павловым. Анализатор состоит из трех отделов: периферического, проводникового и центрального.
Периферический отдел представлен рецепторами, которые входят в состав соответствующих органов чувств. Рецептор - это клетка или специальный чувствительный орган, способный воспринять определенный раздражитель. Возбуждение связано с электрическими процессами в мембране чувствительной клетки, выражающимися в смене зарядов на мембране и преобразовании полученной информации из внешней среды или от внутренних органов в нервный импульс. Во многих органах чувств раздражитель видоизменяется (усиливается, ослабляется) с помощью вспомогательных структур, связанных с рецептором (в органе зрения такими структурами являются хрусталик, радужная оболочка, зрачок и др.). Выделяют следующие виды рецепторов: хеморецепторы (вкуса, обоняния); механорецепторы (осязания, слуха); фоторецепторы (зрения); терморецепторы (холода, тепла); болевые рецепторы. Проводниковый отдел представлен нервами, отходящими от рецепторов органов чувств. Функцией проводящих нервных путей является передача полученной от рецептора информации, закодированной в форме нервного импульса, в соответствующий отдел центральной нервной системы. Центральный отдел - определенный участок коры больших полушарий головного мозга, где происходит декодирование (расшифровка) информации с языка нервного импульса и преобразование в форму соответствующего ощущения (зрительного, слухового, вкусового и т. п.), анализ возбуждения, формирование ощущения и ответной реакции на раздражение.
Совокупность рецепторов, сконцентрированных в определенных участках тела, и клеток других тканей образует органы чувств. Они определяют основные виды чувствительности: осязание, обоняние, вкус, зрение, слух, равновесие.
Осязание - это восприятие формы, величины, плотности, температуры различных предметов.
Наиболее богаты осязательными рецепторами губы, кончики языка и пальцев, а также ладони. В коже находятся тактильные рецепторы, воспринимающие прикосновение и давление, температурные рецепторы, которые воспринимают тепловые и холодовые воздействия, и болевые рецепторы, трансформирующие внешние воздействия в болевые импульсы. Различают три вида кожной чувствительности: тактильную, температурную и болевую. Восприятие прикосновения и давления формирует чувство осязания, с помощью которого определяется форма, величина и консистенция предметов. У людей, лишенных зрения и слуха, осязание является основным источником информации о внешнем мире. Возбуждение от рецепторов кожи передается в спинной мозг. Центральный отдел осязательного анализатора - зона кожно-мышечной чувствительности, расположенная в задней центральной извилине теменной доли коры.
Обоняние - это восприятие запахов различных веществ.
Обонятельные рецепторы находятся в слизистой верхнего и частично среднего носовых ходов. Импульсы от этих рецепторов по обонятельным нервам поступают в лобную долю коры, затем в височную, где находится центральная часть обонятельного анализатора, в которой происходит анализ запаха вдыхаемых веществ.
Вкус - это восприятие вкусовых свойств веществ, поступающих в ротовую полость.
Рецепторы вкуса расположены в слизистой языка, на стенках ротовой полости, в нёбе, глотке, надгортаннике. Возбуждение от рецепторов передается по волокнам VII, IX и X пар черепных нервов в таламус. От таламуса нервные импульсы поступают в корковый обонятельный центр в височную долю коры, где находится центральная часть вкусового анализатора и формируется восприятие в виде различных вкусовых ощущений.
Зрение - вид чувствительности, который позволяет воспринимать форму, размер, цвета и яркость окружающих нас предметов.
В состав зрительного анализатора входят рецепторы органа зрения, зрительный нерв и зрительная зона в коре затылочных долей головного мозга.
Слух - вид чувствительности, обусловливающий восприятие частоты и силы звуковых колебаний.
Слуховой анализатор состоит из рецепторов внутреннего уха, слухового нерва и слуховой зоны в височной доле коры головного мозга.
Равновесие - вид чувствительности, обусловливающий анализ положения тела в пространстве, изменение скорости и направления движений.
Орган равновесия — вестибулярный аппарат - расположен во внутреннем ухе и представлен полукружными каналами и двумя мешочками (овальным и круглым) в преддверии улитки, в которых расположены волосковые клетки. Вестибулярный анализатор состоит из механорецепторов органа равновесия, вестибулярного нерва в составе VIII пары черепно-мозговых нервов и вестибулярной зоны в височной области коры и в постцентральной извилине.
Значение органов чувств заключается в том, что, воспринимая изменения в окружающей среде, они участвуют в образовании условных рефлексов, что позволяет организму ориентироваться и в этой среде и адекватно реагировать на ее изменения.
Зрительный анализатор состоит из трех отделов: периферического, проводникового и центрального. Периферическим отделом зрительного анализатора являются фоторецепторы сетчатки глаза. Глаз находится в глазнице - углублении лицевой части черепа. Он состоит из глазного яблока и вспомогательного аппарата.
Глазное яблоко имеет шаровидную форму и состоит из трех оболочек: наружной - фиброзной, средней - сосудистой и внутренней - сетчатой (рис. 101). Фиброзная оболочка придает форму глазному яблоку и защищает его. Спереди она образует проницаемую для света роговицу. Роговица не содержит кровеносных сосудов, ее питание обеспечивается влагой передней камеры глаза и сосудами в прилежащих участках склеры. В роговице имеются чувствительные нервные окончания, вызывающие мигание и слезоотделение при самом незначительном прикосновении к роговице. Фиброзная оболочка сзади переходит в склеру (непрозрачную, плотную оболочку белого или слегка голубоватого цвета). Передняя часть склеры, обращенная в глазную щель, покрыта конъюнктивой. Сосудистая оболочка состоит из трех частей: собственно сосудистой, ресничного тела и радужки. Изнутри собственно сосудистая оболочка выстлана клетками, содержащими пигмент меланин. Передняя часть сосудистой оболочки образует радужку, которая содержит пигмент, обусловливающий цвет глаз. Между роговицей и радужкой находится передняя камера глаза, заполненная влагой (0,2 мл), которая снабжает питательными веществами роговицу. В радужке имеется зрачок (круглое отверстие), который рефлекторноменяет свои размеры в зависимости от интенсивности освещения за счет мышечных волокон: радиальные - расширяют зрачок, кольцевые - сужают. Позади радужки находится прозрачный хрусталик в форме двояковыпуклой линзы. Вещество хрусталика бесцветное, не содержит сосудов и нервов. Кривизна его меняется благодаря сокращению мышц ресничного тела. Между радужкой и хрусталиком расположена задняя камера глаза, заполненная влагой (0,2 мл), которая снабжает питательными веществами лишенный кровеносных сосудов хрусталик. Вся внутренняя полость глаза за хрусталиком заполнена студенистой массой, образующей стекловидное тело, которое выполняет опорную, защитную и светопреломляющую функции. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке и выстилает дно глаза. Она состоит из двух листков: наружного, содержащего пигмент, и внутреннего, содержащего светочувствительные рецепторы - палочки и колбочки. В сетчатке находится около 6-7 млн колбочек и 125-130 млн палочек. Палочки содержат зрительный пигмент родопсин и воспринимают свет в условиях сумеречного освещения. Колбочки благодаря наличию пигмента иодопсина и воспринимают дневной свет и цвета при ярком освещении. Существует три типа колбочек, которые воспринимают красный, зеленый и синий цвета. Промежуточные цвета воспринимаются при одновременном раздражении колбочек двух или более типов. Напротив зрачка расположено желтое пятно, в его центральной ямке имеются только колбочки - это место наибольшей остроты зрения. Сбоку от желтого пятна расположен участок, лишенный зрительных рецепторов, - место выхода зрительного нерва - слепое пятно.
Вспомогательный аппарат составляют: 6 глазных мышц, двигающих глазное яблоко; веки, имеющие изнутри слизистую оболочку - конъюнктиву, ресницы, брови, отводящие пот и защищающие глаз от повреждений, жировая клетчатка, предохраняющая глаз от толчков, повреждений, слезный аппарат, содержащий слезную железу и слезовыводящие протоки. Слезная жидкость увлажняет поверхность глазного яблока, смывает посторонние частицы; в ее состав входит бактерицидное вещество лизоцим.
Рис. 101. Схема строения органа зрения: 1 - радужка; 2 - роговица; 3 - передняя камера глаза; 4 - хрусталик; 5 - глазные мышцы; 6 - склера; 7,12 - сосудистая оболочка; 8 - сетчатка; 9 - стекловидное тело; 10 - зрительный нерв; 11 - слепое пятно
Оптическая система глаза - это совокупность сред, через которые проходят световые лучи: роговица, влага передней камеры, зрачок, влага задней камеры, хрусталик, стекловидное тело. Каждая преломляющая среда имеет свою оптическую силу, измеряемую в диоптриях. Диоптрия - преломляющая сила линзы с фокусным расстоянием в 1 м. Главные преломляющие среды - роговица и хрусталик. Оптическая система формирует уменьшенное перевернутое изображение предметов на сетчатке, обладает аккомодацией - способностью за счет изменения кривизны хрусталика создавать на сетчатке резкое изображение предметов, расположенных как на близком, так и на дальнем расстоянии от глаза.
Световоспринимающая часть глаза (на ней фокусируется изображение) - сетчатка. Желтое пятно является местом наилучшего видения и обеспечивает центральное зрение. Остальная часть сетчатки обеспечивает боковое (периферическое) зрение.
В основе восприятия света (фоторецепции) лежит поглощение квантов света светочувствительными пигментами, например родопсином, и последующее расщепление его на составляющие части: белок опсин и каротиноид ретиналь (альдегидная форма витамина А). В темноте происходит процесс ресинтеза пигмента.
Механизм восприятия света заключается в следующем. Световые лучи проходят через оптическую часть глаза и попадают на световоспринимающие рецепторы, в которых возникают сложные фотохимические реакции. Продукты распада родопсина и иодопсина вызывают формирование нервных импульсов в фоторецепторах. От них возбуждение по зрительному нерву поступает в подкорковые центры зрения (верхние бугры четверохолмия, зрительные бугры промежуточного мозга), а затем в затылочную долю коры головного мозга, где происходит его анализ и формируются зрительные ощущения.
Совместная работа обоих глаз - бинокулярное зрение - обеспечивает с тереоскопическое (объемное) зрение. В случаях, когда световые лучи, пройдя через оптическую систему глаза, фокусируются не на сетчатке, развиваются аномалии зрения:
+ близорукость (миопия) - человек четко видит предметы только на близком расстоянии, так как лучи фокусируются впереди сетчатки, поскольку хрусталик выпуклый и сильно преломляет лучи, либо удлинено глазное яблоко, либо ослаблена ресничная мышца;
+ дальнозоркость (гиперметропия) - человек хорошо видит предметы на дальнем расстоянии, так как лучи фокусируются позади сетчатки, поскольку хрусталик плоский и слабо преломляет лучи, либо укорочено глазное яблоко, либо он потерял эластичность, либо ослаблена ресничная мышца.
Для коррекции близорукости применяют очки с двояковогнутыми линзами, а для исправления дальнозоркости - с двояковыпуклыми.
Гигиена зрения - это комплекс требований, направленных на обеспечение нормального функционирования органа зрения. При чтении освещение должно быть достаточным, свет должен падать слева, расстояние от глаза до предмета должно составлять 30-35 см. Нельзя читать в транспорте, так как в результате постоянно меняющегося расстояния между предметом и хрусталиком ослабевают его эластичность и функция ресничной мышцы. Необходимо защищать глаза от попадания пыли, инородных предметов, слишком яркого света, разрушающего светочувствительные рецепторы.
Слух - это вид чувствительности, обусловливающий восприятие звуковых колебаний с частотой от 16 до 20 000 Гц. Периферической частью слухового анализатора являются рецепторы органа слуха. Орган слуха состоит из трех отделов: наружного, среднего и внутреннего уха (рис. 102).
Для человека характерен бинауральный слух (звуки улавливаются двумя ушами).
Наружное ухо представлено ушной раковиной, наружным слуховым проходом и барабанной перепонкой. Ушная раковина состоит из хряща, покрытого кожей. Наружный слуховой проход (костно-хрящевой канал S-образной формы, длиной до 3 см) имеет железы, которые выделяют ушную серу - вещество, задерживающее пыль и бактерии, попадающие в наружный слуховой проход. Барабанная перепонка - тонкая эластичная мембрана, отделяющая наружное ухо от среднего. В центре барабанной перепонки имеется углубление, в этом месте изнутри прикреплена рукоятка молоточка.
Рис. 102. Схема строения органа слуха: 1 - барабанная перепонка; 2 - полукружные каналы; 3 - преддверие улитки; 4 - слуховой нерв; 5 - улитка; 6 – височная кость; 7 - слуховая труба; 8 - слуховые косточки (стремечко); 9- наружный слуховой проход; 10 - ушная раковина
Среднее ухо состоит из барабанной полости в височной кости объемом 1 см3 и расположенных в ней слуховых косточек. Барабанная полость выстлана слизистой оболочкой и через слуховую (евстахиеву) трубу сообщается с носоглоткой. Слуховая труба выравнивает давление по обе стороны барабанной перепонки. Три слуховые косточки - молоточек, наковальня и стремечко - соединены между собой; они уменьшают амплитуду и увеличивают силу звука в 20 раз (площадь мембраны овального окна в 20 раз меньше площади барабанной перепонки). На внутренней стенке барабанной полости, отделяющей среднее ухо от внутреннего, имеется два отверстия - круглое и овальное, затянутые перепонками. Стремечко закрывает овальное отверстие, ведущее во внутреннее ухо.
Внутреннее ухо расположено в височной кости и состоит из преддверия, улитки и полукружных каналов. Функцию слуха выполняет улитка - спирально закрученный в 2,75 оборота костный канал. В костном канале улитки расположен перепончатый лабиринт, заполненный эндолимфой. Пространство между костным и перепончатым каналами заполнено перилимфой. В перепончатом канале находится звуковоспринимающий аппарат - спиральный орган, состоящий из основной мембраны с рецепторными клетками и покровной мембраны. Основная мембрана делит перепончатый канал улитки на два этажа и состоит из волокон, расположенных поперек хода улитки. У вершины улитки находятся длинные волокна, а у основания - короткие. На мембране расположены рецепторы (волосковые клетки), один их конец фиксирован на мембране, а другой свободно заканчивается волосками. От фиксированного конца рецепторов отходят волокна слухового нерва. Над основной мембраной находится покровная мембрана. Волоски рецепторов омываются эндолимфой и могут соприкасаться с нависающей над ними покровной мембраной.
Рассмотрим механизм восприятия звуков. Звуковые волны улавливаются ушной раковиной, проходят через наружный слуховой проход и вызывают колебания барабанной перепонки. Те в свою очередь передаются слуховым косточкам, которые проводят и усиливают звук. Колебания стремечка вызывают колебания мембраны овального окна, которые передаются перилимфе и эндолимфе. Колебания эндолимфы вызывают резонанс волокон определенной длины основной мембраны. Волосковые рецепторы соприкасаются с покровной мембраной, и в них возникают нервные импульсы. По волокнам слухового нерва импульсы передаются в подкорковые центры слуха (нижние бугры четверохолмия) и в передний мозг. В височной доле коры переднего мозга происходит их качественная оценка. При длительном действии сильных звуков возбудимость волосковых клеток снижается, а при длительном пребывании в тишине - возрастает (происходит адаптация).
Гигиена слуха - это комплекс требований, направленных на обеспечение нормального функционирования органа слуха. Необходимо защищать уши от механических повреждений, громкого звука, постоянных шумов, ультра- и инфразвуков; применять индивидуальные противошумные наушники, беруши, использовать на производстве специальную облицовку помещений, поглощающую звук; своевременно лечить заболевания носоглотки, так как через слуховую трубу в барабанную полость могут проникать болезнетворные бактерии и вызывать воспаление уха.