Waldemar Lewiński

Anatomia i Fizjologia

Człowieka

Książka pomocnicza dla uczniów liceów

(kandydatów na akademie medyczne i uniwersytety)

Wydanie drugie

WYDAWNICTWO OPERON

RUMIA 2001

Projekt okładki: Bogdan Pięta

Redakcja językowa: Hanna Kościelecka

Skład: Ewa Tymińska

Korekta: Anna Gutowska

© Copyright by Waldemar Lewiński & OPERON

Wydawca: Wydawnictwo Pedagogiczne OPERON

84-230 Rumia, ul. Dębogórska 44-46

Tel. centrali (0-58) 679 53 53

Bezpłatna linia dla zamówień 0800 53 55 53

http://www.operon.pl

e-mail: [e-mail]

Druk: Drukarnia „Stella Maris”

80-822 Gdańsk, ul. Rzeźnicka 54/56

tel. [phone], fax [phone]
tel. [phone] - 59

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie w całości

lub fragmentach bez zgody wydawnictwa zabronione.

ISBN 83-87518-46-8

Spis treści

1. Wprowadzenie .......................................................................................................... 5

2. Uktad ruchu ...............................................................................................................8

2.1. Uktad szkieletowy człowieka.............................................................................10

2.2. Muskulatura człowieka ..................................................................................... 19

2.3. Fizjologia skurczu mięśni ................................................................................ 23

3. Wymiana gazowa ....................................................................................................29

3.1. Wymiana gazowa w wodzie ............................................................................ 30

3.2. Wymiana gazowa na lądzie ............................................................................ 32

3.3. Układ oddechowy człowieka............................................................................ 33

3.4. Fizjologia oddychania ..................................................................................... 35

4. Krążenie .................................................................................................................. 41

4.1. Krążenie u wybranych grup zwierząt ..............................................................44

4.2. Układ krążenia człowieka ................................................................................48

4.3. Fizjologia krążenia krwi u człowieka ...............................................................50

4.4. Biochemia transportu gazów oddechowych ................................................... 61

4.5. Krzepnięcie krwi .............................................................................................. 65

4.6. Niektóre cechy krwi istotne z punktu widzenia medycznego.......................... 69

4.7. Układ limfatyczny (chłonny) ............................................................................ 70

4.8. Krążenie płodowe ............................................................................................71

5. Pobieranie i trawienie pokarmów ........................................................................... 73

5.1. Trawienie u wybranych grup zwierząt .............................................................77

5.2. Układ pokarmowy człowieka............................................................................79

5.3. Fizjologiczne i biochemiczne aspekty trawienia i wchłaniania .......................84

5.4. Trawienie u wybranych grup kręgowców zmiennocieplnych ..........................96

5.5^ Funkcje wątroby ..............................................................................................97

6. Osmoregulacja i wydalanie ................................................................................... 101

6.1. Osmoregulacja ............................................................................................... 101

6.2. Usuwanie produktów odpadowych ................................................................ 107

6.3. Układ wydalniczy człowieka ...........................................................................109

6.4. Czynność układu wydalniczego człowieka..................................................... 111

7. Rozród ....................................................................................................................115

7.1. Układ rozrodczy człowieka .............................................................................118

7.2. Embriologia człowieka ....................................................................................120

8. Koordynacja funkcji życiowych ..............................................................................134

8.1. Regulacja w części nerwowej ........................................................................ 136

8.1.1. Fizjologia receptorów.............................................................................136

8.1.2. Przekaz i obróbka informacji ................................................................ 149

8.1.3. Układ nerwowy człowieka .................................................................... 154

8.1.4. Praca układu nerwowego ..................................................................... 161

8.2. Regulacja w części dokrewnej .......................................................................174

8.2.1. Podstawy działania hormonów .............................................................174

8.2.2. Przegląd hormonów...............................................................................178

9. Metabolizm i termoregulacja ................................................................................. 189

10. Układ odpornościowy.......................................................................................... 200

INDEKS ..................................................................................................................... 209

4

1 . W p r o w a d z e n i e

1. Wprowadzenie

„O tym, jak działa organizm człowieka, wie tylko jego Autonomiczny Układ Nawowy...

”

(odpowiedź ucznia przypartego do muru)

Podstawowym celem anatomii jest opisywanie budowy wewnętrznej organizmów, a fizjo­

logii -wyjaśnianie budowy oraz mechanizmów czynności życiowych, takich jak pobieranie po­

karmów, ich trawienie i wchłanianie. Poznanie tych elementów wymaga pewnej wiedzy, m.in.

z chemii czy fizyki, dlatego niektóre fragmenty tej książki będą się wydawały ciężko strawne.

Mimo to zachęcam Cię do pogłębiania swoich wiadomości, ponieważ niewiele jest rzeczy bar­

dziej pasjonujących niż poznawanie zasad konstrukcji i funkcjonowania skomplikowanego,

dynamicznego układu, jakim jest każdy żywy organizm. W tej części cyklu przedstawiona zo­

stanie anatomia i fizjologia człowieka na tle wybranych grup zwierząt - organizmów zasadni­

czo zdolnych do wykonywania ruchów lokomotorycznych (związanych z przemieszczaniem

się), bez wyjątku heterotroficznych i zwykle mających układ umożliwiający odbieranie i ob­

róbkę sygnałów dochodzących ze środowiska.

ŻADEN ŻYWY ORGANIZM NIE JEST TYLKO PROSTĄ SUMĄ ELEMENTÓW,

Z KTÓRYCH JEST ZBUDOWANY

Oznacza to, że nie możesz traktować całego złożonego organizmu jak pojedynczej komór­

ki. I chociaż podstawowe czynności tych układów są podobne, to skala zadań jest inna.

Szczególnie trudny problem ma do rozwiązania duże zwierzę, zważywszy na to, że wszystkie

komórki muszą być odpowiednio obsłużone. Nie jest to jednak takie proste, a przyczyną jest

wielkość i zróżnicowanie budowy różnych części ciała. Przedstawmy więc pewne zestawienie.

1. Pojedyncza komórka wykonuje ruchy typu rzęskowego bądź ameboidalnego. Dla wieloko­

mórkowca (także dla człowieka) to za mało - zacznie więc specjalizować część swojego cia­

ła w wykonywaniu ruchów umożliwiających przemieszczanie dużej masy. Jamochłony

posiadają już komórki nabłonkowo-mięśniowe, ale mięśnie jako takie pojawiły się dopie­

ro u płazińców. Z kolei szkielet jako miejsce przyczepu mięśni ruchowych mają tylko sta­

wonogi i kręgowce. Muskulatura i szkielet składają się na układ ruchu, którego działanie

zostało przedstawione w ROZDZ. 2.

2. Pojedyncza komórka pobiera tlen bezpośrednio - z otoczenia. W ten sposób, przez powło­

ki ciała, mogą oddychać małe, nieruchawe zwierzęta, np. płazińce i obleńce. Wyżej uorga-

nizowane, aktywne ruchowo musiały znowu wydzielić pewną część siebie do poprawienia

zaopatrzenia w tlen - w ten sposób powstał układ oddechowy. W zaczątkowej postaci wy­

stępuje on już u wieloszczetów, natomiast u stawonogów, nie mówiąc już o kręgowcach,

osiąga najwyższy stopień złożoności i dużą wydajność. Zagadnienia budowy i funkcji syste­

mu wymiany gazowej omawia ROZDZ. 3.

3. Złożonemu zwierzęciu samo przekazywanie substancji z komórki do komórki, za pomocą

dyfuzji czy nawet transportu aktywnego nie wystarczy. Wyobraź sobie tylko, jaką trudność

sprawiałoby przemieszczanie składników pokarmowych z przewodu pokarmowego

choćby na odległość metra. Rozwiązanie takiego zadania wymaga wydzielenia i zatrudnie­

nia inne części organizmu - tym razem do dalekiego i szybkiego transportu. W ten sposób

doszliśmy do konieczności posiadania układu krążenia. Stosunkowo prymitywnym płaziń-

com i obleńcom jego brak nie przeszkadza. Dlatego układ ten pojawił się dopiero u pier­

ścienic. Z kolei wszystkie strunowce mają układ krążenia. Najwyższy poziom rozwoju

*

5

ś

osiąga on u kręgowców stałocieplnych, a więc także u człowieka. Te problemy opisano

w ROZDZ. 4.

W Ł

4. Odżywianie w skali komórki odbywa się przez endocytozę bądź wchłanianie. Organizm

wielokomórkowy (także człowiek) nie może wszystkich swoich komórek tak żywić - nie

jest to ani możliwe, ani konieczne. Lepiej więc przystosować pewną część ciała do pobie­

rania i obróbki pokarmu - w ten sposób będzie można zintensyfikować czynności związa­
ne z trawieniem. Układ pokarmowy pojawił się więc na bardzo wczesnych etapach
ewolucji - już u płazińców (u jamochłonów występuje jego odpowiednik, czyli jama ga-

stralna). Zagadnienia te opisano w ROZDZ. 5.

5. Część produktów przemian wewnątrzustrojowych to substancje zbędne lub wręcz szkodli­

we. Do tego doliczmy konieczność utrzymywania względnie stałego poziomu wodno-elek-

trolitowego. Dla pojedynczej komórki nie ma to znaczenia (nie reguluje składu jonowego)

albo ogranicza się ona do usuwania nadmiaru wody. Wielokomórkowce tkankowe musiały

wynaleźć układ wydalniczy już na poziomie płazińców (choć tam jest on jeszcze bardzo pro­

sty). Do najbardziej skomplikowanych i wydajnych narządów wydalniczych należy zaliczyć
nerki kręgowców lądowych, w tym także człowieka. Zagadnienia te omawia ROZDZ. 6.

6. Wszystkie żywe organizmy cechuje zdolność do autoreprodukcji (samopowielania, tu: wy­

dawania potomstwa). Problemy rozrodu, ze szczególnym uwzględnieniem człowieka, zo­

stały przedstawione w ROZDZ. 7.

7. Koordynacja funkcji życiowych na poziomie pojedynczej komórki jest niewątpliwie sprawą

skomplikowaną. Jednak dopiero w wypadku dużego zwierzęcia wielokomórkowego, które­

go części ciała podlegają specjalizacji, skoordynowanie wszystkiego stanowi nie lada zadanie.

Ale to i tak tylko część problemów, ponieważ zwierzę musi mieć możliwość szybkiej oceny

zmian zachodzących w środowisku. Dlatego część komórek specjalizuje się w odbieraniu

i obróbce sygnałów płynących ze środowiska i z wnętrza ciała. Jedyne znane wielokomórkow­

ce zwierzęce bez układu nerwowego to gąbki, a u pozostałych rozwija się on zawsze. Najwyż­
szy poziom rozwoju budowy i złożoności funkcji wykazuje mózgowie człowieka. Koordynacja
procesów życiowych może się odbywać także na drodze chemicznej - poprzez układ dokrew-

ny. Zagadnienia związane z kontrolą nerwową i hormonalną omawia ROZDZ. 8.

8. Samodzielna komórka sama musi realizować wszystkie potrzebne szlaki metaboliczne, co

uniemożliwia jej wąską specjalizację (to tak jak w życiu - nie można być ekspertem we

wszystkim). Ponadto nie jest w stanie regulować swojej ciepłoty - ma zbyt dużą powierzch­

nię względną i małą „moc cieplną”. Duży organizm wielokomórkowy może (pamiętaj - jeśli

w tej książce napisano „może”, to nie znaczy wcale, że musi!) różnicować części ciała pod

względem funkcji biochemicznych i możliwości działania. Jednocześnie wymagania (np. po­

karmowe) takiego zwierzęcia stają się większe, co oznacza zwykle wzrost aktywności życio­

wej. Pociąga to za sobą rozwój układów związanych z zasadniczymi funkcjami życiowymi.

U nielicznych spośród zwierząt, a także u człowieka, poziom rozwoju narządów termoregu-

lacyjnych umożliwia osiągnięcie stałocieplności. Zagadnienia te opisano w ROZDZ. 9.

9. Sztuka przeżycia w środowisku naturalnym sprowadza się także do obrony swojej odrębno­

ści biochemicznej. Jeśli więc jakiś obcy organizm bądź substancja chemiczna zakłócą funk­

cje życiowe danego osobnika, to powinien on uruchomić swój prywatny system obronny.

Jeśli jego działanie nie doprowadzi do unieszkodliwienia intruza, to skutki mogą być tragicz­

ne. Dlatego już u gąbek komórki są zdolne do rozpoznawania obcych komórek. Koralowce
mogą nawet odrzucać przeszczepy, a wyżej uorganizowane zwierzęta wykształciły skompli­
kowane systemy odpornościowe. Podstawy immunologii zostały omówione w ROZDZ. 10

(z przyczyn oczywistych dotyczą one niemal wyłącznie układu odpornościowego człowieka).

A N A T O M I A I F I Z J O L O G I A C Z Ł O W I E K A

6

1

. W p r o w a d z e n i e

Uwaga:

Dokładniejsza analiza budowy ciała zwierząt została przedstawiona w PODR. KL.

II.

W ANATOMII CIAŁA CZĘSTO TRZEBA UŻYWAĆ OKREŚLEŃ PRZESTRZENNYCH

Dla lepszej orientacji w trójwymiarowych opisach ciała zwierząt i człowieka stosuje się

osie i płaszczyzny. Dla człowieka przyjmuje się, że w czasie ich wyznaczania stoi on w pozycji

wyprostowanej, z kończynami górnymi zwisającymi wzdłuż tułowia i dłońmi zwróconymi do

przodu. Wyróżnić można trzy rodzaje wzajemnie prostopadłych osi ciała:

1. Pionowe (długie) - biegnące od góry ku dołowi; najdłuższa z nich, biegnąca od szczytu gło­

wy, nazywana jest osią główną.

2. Strzałkowe - biegnące od przodu ku tyłowi.

3. Poprzeczne - przebiegające od prawej do lewej strony ciała.

Z osiami ciała związane są też odpowiednie płaszczyzny:

1. Strzałkowe - ustawione pionowo od przodu do tyłu (wyznaczane przez osie strzałkowe

i pionowe); ta z nich, która przechodzi przez oś główną, dzieląc ciało na dwie symetryczne

połowy, nazywana jest płaszczyzną pośrodkową.

2. Poprzeczne - ustawione poziomo (wyznaczane przez osie poprzeczne i strzałkowe).

3. Czołowe - ustawione pionowo z jednego boku ciała do drugiego (wyznaczane przez osie

poprzeczne i pionowe).

Pamiętaj, że opisywane w tej książce zjawiska i procesy najczęściej powiązane są związka­

mi przyczynowo-skutkowymi. Jeśli więc dobrze zanalizujesz tekst i ryciny wkuwanie będzie

potrzebne tylko w niewielkim stopniu. W czasie powtórek zawsze wykonuj odręczne notatki

tekstowe i ryciny (człowiek jest przecież wzrokowcem). W wypadku anatomii i fizjologii czło­

wieka (i nie tylko) opanowanie całego materiału od razu nie jest możliwe. Dlatego zacznij

przygotowania już teraz, niezależnie od tego, czy jesteś w klasie

II, III

czy

IV.

Przekonasz się,

że za pół roku kolejna powtórka i utrwalenie bę­

dzie przyjemnością. Zgadzam się, żebyś wykony­

wał odręczne notatki na kartach tej książki i nosił

ją wszędzie ze sobą. Nie jest to może dowód naj­

lepszego wychowania, ale tutaj cel uświęca środ­
ki. Na koniec - zanim rozpoczniesz studiowanie

tej książki, powinieneś się dowiedzieć, że przygo­
towując wiele rycin, wykorzystałem grafiki dołą­

czone do znakomitego programu graficznego

COREL DRAW.

Życzę powodzenia

Ryc. 1. Płaszczyzny ciała