Закономірності та механізми дії органів чуття

Наші відчуття дають змогу нам не тільки сприймати навколишній світ у всьому його розмаїтті та красі, але водночас інформують нас про різні види та рівні небезпек, що є особливо важливим з погляду безпеки життєдіяльності. Сучасна наука про

2. Людина, як елемент системи "Людина-життєве середовище" 41

відчуття використовує кілька майже рівнозначних термінів, таких як: 'органи чуття", "аферентні системи", "сенсорні системи", "аналізатори".

Наука про закономірності і механізми функціонування аналізаторів має довгу історію свого становлення і грунтується на законах фундаментальних наук (фізика, хімія, математика) та інтегральних знаннях з анатомії, фізіології, психології, біофізики, біохімії.

Сучасні уявлення про фізіологію органів чуття сформовані такими відомими вченими, як І.М. Сеченов (1829-1905) і І.П. Павлов (1849-1936). Логічним продовженням праць Сеченова про рефлекси головного мозку стало вчення Павлова про аналізатори як сукупність нервово-рецепторних структур, що сприймають енергію зовнішніх подразників і трансформують її в нервовий імпульс.

Аналізатори - це сукупність взаємодіючих утворень периферійної і центральної нервової системи, які сприймають та аналізують інформацію про явища, що відбуваються як у навколишньому середовищі, так і всередині самого організму.

У сучасній фізіології розрізняють вісім видів аналізаторів, враховуючи їх анатомічну єдність і спільність функцій:

нюховий;
шкірний;
вестибулярний;
смаковий; вісцеральний.

З них зоровий, слуховий, шкірний та вісцеральний аналізатори є головними (домінуючими) при виявленні небезпек в системі "людина-довкілля", інші виконують допоміжну функцію.

Важливо усвідомлювати, що в сьогоденні існує низка дуже небезпечних для здоров'я людини чинників, в основному, штучного походження (іонізуючі випромінювання, радіація, електромагнітні поля надвисоких діапазонів частот або НВЧ випромінювання), які людина не спроможна відчути безпосередньо, а лише опосередковано у вигляді погіршення самопочуття, окремих патологій, хронічних захворювань. Чорнобильська катастрофа є надто "дорогою" школою і суворим застереженням як для владних структур, так і пересічних громадян.

Усі аналізатори за структурою та принципом дії однотипні. Вони мають на своїй периферії рецептори (апарати, що сприймають енергію зовнішніх подразників та перетворюють її в нервовий імпульс). Від рецепторів по чутливих (сенсорних) нейронах і контактах між нервовими клітинами (синапсах) імпульси надходять у центральну нервову систему, зокрема, у відповідні ділянки кори головного мозку. Аналізатори - це, по суті, природні потужні "комп'ютери" з прямим та зворотним зв'язком.

Структура та принцип дії аналізаторів:

Рецептори <=> чутливі нейрони <=> ділянки кори головного мозку.

Розрізняють такі основні види рецепторів:

- механорецептори - рецептори слухового, вестибулярного, рухового, частково вісцерального аналізаторів;

- хеморецептори - рецептори нюхового, смакового аналізаторів;

- терморецептори - рецептори шкірного аналізатора;

- фоторецептори - рецептори зорового аналізатора.

Висока чутливість рецепторів зумовлена тим, що кожний рецептор виділяє з множини подразників зовнішнього і внутрішнього середовища свій адекватний подразник. Усім аналізаторам притаманні загальні психофізіологічні властивості:

42 2. Людина, як елемент системи "Людина-життєве середовище"

- надзвичайно висока чутливість до адекватних подразників;

- наявність абсолютної диференційної та оперативної межі чутливості до подразника;

- спроможність до адаптації;

- спроможність тренування;

- спроможність певний час зберігати відчуття після припинення дії подразника;

- перебування у постійній взаємодії.

Чутливість аналізаторів поки що не доступна сучасній техніці та близька до теоретичної межі. Кількісною мірою чутливості є гранична інтенсивність, тобто найменша інтенсивність подразника, за якої виникає відчуття.

Абсолютна межа чутливості обмежена нижнім (мінімальна величина подразника, що викликає відчуття) та верхнім (максимально допустима величина подразника, яка не викликає болю) рівнями.

Диференційна чутливість визначається мінімальною величиною подразника, яка дає можливість відчути його зміну. Дане положення вперше було введене і кількісно описане німецькими вченими А. Вебером (фізіолог) і Г. Фехнером (фізик) та увійшло у фізіологію як основний психофізичний закон Вебера-Фехнера:

S = C-lgl, (20)

де S - інтенсивність відчуття; І - інтенсивність подразника; С - коефіцієнт пропорційності.

Цей закон відображає не тільки диференційну чутливість аналізатора, а і його адаптаційну спроможність (можливість пристосовувати рівень своєї чутливості до інтенсивності подразника). Чутливість знижується у разі високих інтенсивностей подразників і підвищується - при низьких. Здатність до тренування проявляється у підвищенні чутливості і в прискоренні адаптації (музиканти-віртуози, дегустатори). Спроможність певний час зберігати відчуття після припинення дії подразника - це здатність відновити у своїй свідомості на коротку мить комбінацію кольорів, образів, звуків, запахів. Тривалість послідовного образу значно залежить від інтенсивності подразника і в окремих випадках обмежує можливість аналізатора. Відомо, що навколишній світ багатогранний і лише завдяки властивості аналізаторів взаємодіяти один з одним відбувається повне сприйняття людиною об'єктів і явищ довкілля.

2.1.2. Характеристика основних аналиаторів, що забезпечують безпеку життєдіяльності

Як уже згадувалося, чотири аналізатори відіграють головну роль у забезпеченні безпеки життєдіяльності - це зоровий, слуховий, шкірний та вісцеральний.

2.1.2.1. Зоровий аналізатор

У житті людини зір відіграє головну роль. Саме через зоровий аналізатор ми одержуємо понад 90% інформації про зовнішній світ. Відчуття світла виникає при дії світлових електромагнітних хвиль видимої частини спектра довжиною 380-780 нм на рецепторні структури зорового аналізатора, що відбувається в сітківці ока. Характерним для зорового аналізатора є відчуття спектрального складу сонячного випромінювання. Хвилі, що перебувають всередині зазначеного діапазону і різняться довжиною, створюють відчуття різного кольору.

2. Людина, як елемент системи "Людина-життєве середовище" 43

Людина розрізняє приблизно 150 відтінків кольорів. У техніці, відповідно до Держстандарту 12.04.026-76, встановлено чотири сигнальних кольори: червоний, жовтий, зелений і синій. Червоний колір сигналізує про безпосередню небезпеку; жовтий застосовують для попередження небезпеки; зелений - для знаків, що наказують робити саме так; синій - для вказівних знаків. У правилах дорожнього руху зелене світло дозволяє рух пішоходів чи транспорту.

Варто згадати, що зоровий аналізатор має такі своєрідні характеристики як: інерція зору, зорове відображення (міражі, гало, ілюзії), видимість. Це свідчить про складність процесів сприйняття реальної дійсності і безумовної участі в цих процесах нашого мислення.

2.1.2.2. Слуховий аналізатор

Другим за значенням для сприйняття людиною довкілля і безпеки життєдіяльності є слуховий аналізатор. Якщо око чутливе до світлових електромагнітних хвиль, то вухо реагує на хвильові акустичні процеси, зумовлені механічними коливаннями частинок у різних пружних середовищах, передусім - в повітрі.

У навколишньому середовищі постійно відбуваються різноманітні механічні процеси, що викликають коливання повітря. Більшість таких коливань має велике сигнальне значення, несе інформацію про явища і джерела, які породили ці коливання.

Слуховий аналізатор є спеціальною системою для сприйняття звукових коливань, формування слухових відчуттів і впізнавання звукових образів. Допоміжним апаратом периферійної частини цього аналізатора є вухо, яке складається з зовнішнього вуха (вушна раковина, зовнішня слухова і барабанна перетинки); середнього вуха (молоточок, ковадло і стременець) і внутрішнього вуха, де розміщені рецептори, які сприймають акустичні коливання.

За фізичну одиницю вимірювання частоти акустичних коливань в системі СІ взято герц (одне повне коливання за секунду).Чим більша частота коливань тиску, тим вищий за висотою звук. Людина може чути звуки за частотою коливань в діапазоні (16+20 кГц).

На висоту звуку, що сприймається суб'єктивно, крім частоти ксливань, впливає і сила звуку (різниця тиску між найвищою і найнижчою точками). Для оцінки суб'єктивної гучності сприйнятого звуку запропонована спеціальна шкала, одиницею виміру якої є децибел.

2.1.2.3. Шкірний аналізатор

Шкірний аналізатор відповідає за тактильні, температурні, больові і рухові відчуття. Шкірний аналізатор відіграє виняткову роль у житті людини і в поєднанні зі слуховим і зоровим аналізаторами забезпечує формування у людини цілісного сприйняття навколишнього світу. Це дозволяє людині займатися трудовою діяльністю навіть при втраті зору або слуху. За рахунок тренування і різноманітних технічних засобів людина з допомогою тактильного аналізатора може "читати" або "чути".

За тактильну чутливість відповідають механорецептори шкірного аналізатора, що реагують на такі механічні подразнення як дотик, тиск. Шкіра складається з трьох прошарків: зовнішній (епідерміс), сполучно-тканинний (дерма), підшкірна жирова клітковина. Шкіра містить багато нервових волокон і нервових закінчень, які

44 2. Людина, як елемент системи "Людина-життєве середовище"

розподілені нерівномірно і забезпечують різним ділянкам тіла різну чутливість. Волосяний покрив шкіри значно підвищує чутливість тактильного аналізатора.

Механізм дії тактильного аналізатора полягає у деформації нервового закінчення під впливом механічного подразнення внаслідок якої виникає рецепторний потенціал і нервовий імпульс. Цей імпульс (або порушення нервового імпульсу) з інформацією подразника, передається до центральної нервової системи, у її вищий відділ - кору головного мозку, де формуються відчуття. Закономірності будови провідних шляхів ті ж, що і для інших аналізаторів. Особливою рисою шкірного аналізатора є більша, ніж у інших органів чуття рецепторна площа дотику, що забезпечує шкірному аналізатору високу чутливість.

Температурно-сенсорну систему звичайно розглядають як частину шкірного аналізатора, оскільки її рецептори і провідні нейрони містяться в шкірі. Температурна чутливість притаманна теплокровним організмам з постійною температурою тіла, яка підтримується процесами поглинання та віддачі тепла. Природна терморегуляція організму людини забезпечується процесами потовиділення, звуження та розширення капілярних кровоносних судин. Температурно-сенсорна система, з її високою адаптаційною здатністю і наявністю температурного контрасту, відповідає за напрям та швидкість протікання всіх біохімічних процесів в організмі людини.

Шкірний аналізатор, крім тактильно-, температурно-сенсорних функцій, виконує ще низку інших важливих функцій у забезпеченні життєдіяльності людського організму. По-перше, шкіра охороняє людину від шкідливих зовнішніх впливів, таких як механічні ушкодження, іонізуючі випромінювання, дія мікроорганізмів і хімічних речовин. По-друге, шкіра виконує секреторну, обмінну та інші функції. Секреторну функцію забезпечують сальні і потові залози. Обмінна функція шкіри полягає в процесах регуляції загального обміну речовин в організмі, особливо водяного, мінерального і вуглеводів.

2.1.2.4. Вісцеральний аналізатор

Вісцеральний аналізатор (аналізатор внутрішніх органів) є надзвичайно важливим у житті та здоров'ї людини. Якщо зовнішні аналізатори попереджують людину про явну небезпеку, то цей аналізатор визначає небезпеки прихованого, неявного характеру. Проте ці небезпеки значно впливають на життєдіяльність людського організму. Для розуміння біологічної значущості внутрішнього аналізатора потрібно визначити поняття "внутрішнє середовище організму". Поганий стан здоров'я зумовлений передусім порушенням рівноваги внутрішнього середовища організму.

Людина є складовою частиною природного середовища, в процесі еволюції її організм адаптувався до будь-яких змін цього середовища і перебуває в стані стійкої динамічної рівноваги, яка забезпечує сталість температури тіла (36,5н-37 °С), артеріального тиску, вмісту води в організмі, чергуванні біоритмів тощо.

Уявлення про існування двох середовищ людини (зовнішнє та внутрішнє), роль сталості внутрішнього середовища при мінливості зовнішнього вперше сформував французький фізіолог К. Бернар (1813-1878).

Відомо, що різноманітні і часто значні коливання параметрів зовнішнього середовища існування людини становлять небезпеку для здоров'я і житгя людини. Наприклад, добові, сезонні коливання температури, тиску, вологості повітря, освітлення, звукового тиску, електромагнетних характеристик тощо. Показники цих параметрів

2. Людина, як елемент системи "Людина-життєве середовище" 45

залежні від природних (географічне положення, рельєф, близькість океану, інше) і антропогенних (господарська діяльність людини, техногенне навантаження, урба-нізаційні процеси) чинників.

Внутрішнє середовище (кров, лімфа, тканинна рідина, з якими контактує кожна клітина живого організму), незважаючи на всі зміни зовнішнього середовища, зберігає відносну сталість. "Сталість середовища допускає таку досконалість організму, щоб зовнішні зміни в кожну мить компенсувалися і врівноважувалися", - писав К. Бернар. Американський фізіолог У. Кеннон (1871-1945) таку властивість організму назвав гомеостазом.

Отже, у сучасному розумінні гомеостаз - стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи, що підтримується регулярним поновленням основних її структур, матеріально-енергетичного складу і постійною функціональною саморегуляцією у всіх її ланках.

Таке складне визначення свідчить, що і на сьогодні ще не зрозумілі закономірності існування внутрішнього середовища і його мінливості.

Зовнішнє і внутрішнє середовища діалектично єдині. Коли на організм діють надзвичайні подразники, він сам активно формує таке внутрішнє середовище, яке дає змогу оптимізувати фізіологічні процеси в нових умовах існування.

З метою стабілізації внутрішнього середовища існує спеціальний регуляторний апарат, що вирівнює, компенсує всі зміни внутрішнього середовища. Однією зі складових такого апарата є інтероцептивний аналізатор, що сприймає і передає в центральну нервову систему сигнали не тільки про стан внутрішнього середовища, але і про діяльність внутрішніх органів людини, координує їхню діяльність і приводить їх у відповідність до потреб усього організму. Відомо, що внутрішні органи мають величезну кількість різноманітних рецепторів. Вони розміщені на внутрішній поверхні судин, у слизових оболонках та майже у всіх порожнинах внутрішніх органів як у товщі їхніх стінок, так і на поверхні. Потрібно зазначити, що механізм дії інтероцептивного аналізатора розкритий не цілком, що зумовлене суб'єктивністю та складністю відчуттів, проте це не зменшує ролі аналізаторів внутрішніх органів у життєдіяльності організму людини.