Організм людини як цілісна система: органи, системи органів і регуляція

Людина — не окремий «вінець природи», а один із видів тварин, який пройшов тривалу еволюцію. Щоб зрозуміти, яке місце ми посідаємо в системі органічного світу, розгляньмо систематичне положення Homo sapiens і ті ознаки, які підтверджують належність до кожного таксона.

Систематичне положення людини

Вид Людина розумна (Homo sapiens) належить до таких таксонів:

• домен Еукаріоти — клітини мають справжнє ядро й мембранні органели;

• царство Тварини — гетеротрофний спосіб живлення, активний рух, відсутність хлорофілу;

• тип Хордові (Chordata) — наявність хорди, нервової трубки на спинному боці тіла, глоткових дуг і кишень на ранніх стадіях зародкового розвитку;

• підтип Хребетні (Vertebrata) — хорда замінюється хребтом, розвинений череп, головний і спинний мозок;

• клас Ссавці (Mammalia) — волосяний покрив, молочні залози, діафрагма, стала температура тіла;

• ряд Примати (Primates) — п’ятипалі хапальні кінцівки, протиставлений великий палець, очі спрямовані вперед;

• родина Гомініди (Hominidae) — великий головний мозок, прямоходіння;

• рід Людина (Homo) — здатність до виготовлення знарядь праці;

• вид Людина розумна (Homo sapiens) — членороздільне мовлення, абстрактне мислення, склепінчаста стопа.

Ознаки хордових у людини

На ранніх стадіях зародкового розвитку в людини з’являються структури, гомологічні таким в інших хордових:

• хорда — пружний тяж уздовж спинного боку зародка, який згодом заміщується хребтом;

• нервова трубка — зачаток центральної нервової системи, розташований на спинному боці тіла (на відміну від безхребетних, у яких нервовий ланцюг на черевному боці);

• глоткові дуги й кишені — зачатки, гомологічні зябровим дугам риб; у людини вони дають початок щелепам, під’язиковій кістці, хрящам гортані, слуховим кісточкам; відкритих зябер у людського зародка немає.

У дорослої людини ознаками хордових є хребет (замість хорди), головний і спинний мозок (похідні нервової трубки), серце на черевному боці тіла.

Ознаки ссавців у людини

Людина має всі ключові риси класу Ссавці:

• волосяний покрив (хоча він редукований порівняно з іншими ссавцями);

• потові, сальні й молочні залози;

• діафрагма — м’яз, що відокремлює грудну порожнину від черевної й бере участь у диханні;

• диференційовані зуби — різці, ікла, малі й великі кутні;

• сім шийних хребців (як у більшості ссавців);

• стала температура тіла (гомойотермність);

• живонародження й вигодовування дитинчат молоком;

• розвинена кора великих півкуль головного мозку.

Докладно клас Ссавці вивчається в курсі «Тварини». Тут ми лише перелічуємо ознаки, наявні в людини.

Ознаки приматів

Людина належить до ряду Примати. Спільні риси з іншими приматами:

• п’ятипалі хапальні кінцівки з нігтями (а не кігтями);

• протиставлений великий палець кисті — дає змогу захоплювати предмети;

• очі спрямовані вперед, що забезпечує об’ємний (бінокулярний) зір; розвинений кольоровий зір;

• великий головний мозок порівняно з розмірами тіла;

• одна пара молочних залоз;

• зазвичай одне дитинча в потомстві.

Особливості виду Людина розумна

Людина має унікальні ознаки, які відрізняють її від інших приматів:

• прямоходіння — S-подібний хребет із чотирма вигинами (шийним, грудним, поперековим, крижовим), склепінчаста стопа, широкий таз;

• кисть, здатна до тонких рухів (протиставлений великий палець дає змогу виконувати точні маніпуляції);

• великий мозок — маса близько 1,4 кг, особливо розвинені лобові частки;

• членороздільне мовлення (завдяки розвиненій гортані й мовним центрам мозку);

• абстрактне мислення, свідомість, здатність до навчання й передавання знань.

Організм людини — це багаторівнева система. Щоб зрозуміти, як вона працює, варто простежити ієрархію від найменших одиниць до цілого.

Рівні будови організму

Рівні організації тіла людини вишиковуються в послідовність: клітини → тканини → органи → системи органів → організм. Клітини, об’єднані спільним походженням, будовою й функцією, утворюють тканини. Різні тканини, поєднуючись, формують органи. Органи, що спільно виконують одну фізіологічну функцію, складають систему органів. Усі системи разом становлять цілісний організм.

Що таке орган

Орган — це частина тіла, що має певну форму, будову й місце в організмі. Він утворений кількома тканинами, одна з яких є головною (робочою), а решта виконують допоміжні функції.

Розгляньмо два приклади.

Системи органів людини

В організмі людини виділяють такі системи органів:

• опорно-рухова (скелет, м’язи);

• травна (ротова порожнина, глотка, стравохід, шлунок, кишечник, печінка, підшлункова залоза);

• дихальна (носові ходи, гортань, трахея, бронхи, легені);

• кровоносна (серце, судини);

• лімфатична (лімфатичні судини, вузли);

• сечовидільна (нирки, сечоводи, сечовий міхур, сечівник);

• статева (яєчка, яєчники, статеві шляхи);

• покривна (шкіра);

• нервова (головний і спинний мозок, нерви);

• ендокринна (залози внутрішньої секреції — гіпофіз, щитоподібна, наднирники тощо);

• імунна (тимус, селезінка, лімфатичні вузли, лейкоцити).

Окремо виділяють сенсорні системи (органи чуття) — зорову, слухову, вестибулярну, нюхову, смакову, дотикову. Вони пов’язують організм із зовнішнім середовищем.

Порожнини тіла

Тіло людини поділене на порожнини, у яких розташовані внутрішні органи:

• грудна порожнина — містить серце, легені, трахею, стравохід, тимус;

• черевна порожнина — містить шлунок, кишечник, печінку, підшлункову залозу, селезінку; нирки лежать заочеревинно, тобто біля задньої стінки черевної порожнини;

• порожнина черепа — містить головний мозок;

• хребтовий канал — містить спинний мозок.

Грудна й черевна порожнини розділені діафрагмою — куполоподібним м’язом, який бере участь у диханні.

Як упізнати органи на рисунку

На схематичних зображеннях тіла людини органи можна впізнати за характерними ознаками:

• печінка — найбільша залоза тіла, розташована праворуч під діафрагмою;

• шлунок — ліворуч під діафрагмою, має форму розширеного мішка;

• нирки — бобоподібні органи, розташовані обабіч хребта в поперековій ділянці;

• щитоподібна залоза — на шиї, попереду трахеї, нагадує метелика.

Організм людини не існував би як цілісна система без трьох регуляторних механізмів — нервової, гуморальної й імунної регуляції. Кожна з них має свій спосіб передавання сигналу, швидкість, тривалість дії та головне завдання.

Нервова регуляція

Нервова регуляція — це система швидких, точних і короткочасних відповідей організму на подразники. Сигнал у ній — нервовий імпульс, який поширюється нервовими волокнами до конкретного органа (м’яза чи залози). Швидкість передавання — частки секунди. Основа нервової регуляції — рефлекс (відповідь організму на подразнення за участю нервової системи).

Приклад: коли ти випадково торкаєшся гарячої поверхні, рецептори шкіри миттєво надсилають імпульс до спинного мозку, а звідти — до м’язів руки, які відсмикують кінцівку. Уся реакція займає частки секунди.

Гуморальна регуляція

Гуморальна регуляція здійснюється через рідке внутрішнє середовище — кров, лімфу й тканинну рідину. Сигналами є гормони та інші біологічно активні речовини. Вони діють на всі клітини-мішені, що мають відповідні рецептори. Така регуляція зазвичай повільніша за нервову (секунди або хвилини), але триваліша.

Приклад: гормон росту (соматотропін), який виділяє гіпофіз, упродовж багатьох років стимулює ріст кісток і м’язів. Його дія триває значно довше, ніж будь-який нервовий імпульс.

Імунна регуляція

Імунна регуляція — це система захисту, яка розпізнає й знешкоджує чужорідні агенти (віруси, бактерії, їхні отрути) та власні змінені клітини (наприклад, ракові). Головні виконавці — лейкоцити (фагоцити, лімфоцити) й антитіла. Імунна система також бере участь у підтриманні гомеостазу, видаляючи пошкоджені клітини.

Органи й клітини імунної системи докладно розглядаються в окремому уроці «Імунітет».

Нейрогуморальна регуляція: як нервова й гуморальна системи працюють разом

Нервова й гуморальна регуляції не існують окремо — вони об’єднані в нейрогуморальну регуляцію. Ключову роль у цьому відіграє гіпоталамус — відділ проміжного мозку. Гіпоталамус отримує нервові сигнали від різних частин тіла й, у відповідь, виділяє рилізинг-гормони, які керують гіпофізом. Гіпофіз, своєю чергою, регулює роботу інших залоз внутрішньої секреції.

Класичний приклад — реакція на переляк. Симпатичні нерви миттєво (нервова регуляція) стимулюють наднирники виділяти адреналін. Гормон адреналін (гуморальна регуляція) поширюється кров’ю й упродовж кількох хвилин підтримує прискорене серцебиття, підвищений тиск і готовність до дії.

Порівняння нервової й гуморальної регуляції

Швидкість і тривалість обох типів регуляції можуть варіювати залежно від конкретного сигналу, але наведені в таблиці характеристики є загальноприйнятими для НМТ.

Організм людини постійно зазнає впливу зовнішнього середовища — змінюються температура, склад їжі, фізичне навантаження. Попри це, внутрішнє середовище залишається відносно сталим. Цю здатність називають гомеостазом.

Що таке гомеостаз

Гомеостаз — це відносна сталість складу й властивостей внутрішнього середовища (крові, лімфи, тканинної рідини) і функцій організму. Показники, які підтримуються в межах норми:

• температура тіла — близько 36,6 °C;

• рівень глюкози в крові натще — у регульованих межах (референтний діапазон залежить від типу зразка й методу вимірювання);

• pH крові — близько 7,4;

• сталий сольовий склад крові й тканинної рідини.

Механізм негативного зворотного зв’язку

Основний механізм підтримання гомеостазу — негативний зворотний зв’язок. Він працює за такою схемою:

1. Відхилення показника від норми сприймають рецептори.

2. Сигнал надходить до регуляторного центру (нервового чи ендокринного).

3. Центр запускає відповідь, яка повертає показник до норми.

4. Повернення до норми зменшує сигнал до регуляції — зв’язок замикається.

Приклад 1: регуляція рівня глюкози в крові

Після їжі рівень глюкози в крові зростає. Підшлункова залоза реагує на це виділенням гормону інсуліну. Інсулін сприяє надходженню глюкози в клітини й запасає її у вигляді глікогену в печінці. Рівень глюкози знижується до норми.

Під час голодування, навпаки, рівень глюкози падає. Підшлункова залоза виділяє глюкагон, який розщеплює глікоген у печінці, підвищуючи рівень глюкози. Дію цих гормонів докладно розглянуто в уроці про підшлункову залозу.

Приклад 2: терморегуляція

У спеку судини шкіри розширюються (посилюється тепловіддача), а потові залози виділяють піт, випаровування якого охолоджує тіло. На холоді судини звужуються (зменшується тепловіддача) й виникає м’язове тремтіння, яке генерує тепло. Центр терморегуляції розташований у гіпоталамусі. Роль шкіри в терморегуляції докладно розглянуто в уроці «Шкіра і терморегуляція».

Порушення гомеостазу

Тривале порушення механізмів підтримання гомеостазу може свідчити про хворобу. Наприклад, стійке підвищення температури (гарячка) — ознака інфекції, а хронічне підвищення рівня глюкози — цукровий діабет. Імунна система також підтримує гомеостаз, знищуючи збудників і власні змінені клітини.

У цьому розділі розглянемо типові завдання НМТ, які перевіряють знання з теми «Організм людини як цілісна система». Кожен приклад супроводжується покроковим розв’язанням.

Приклад 1. Вибір однієї відповіді: ознака приматів

Завдання: Яка з перелічених ознак підтверджує належність людини до ряду Примати?

• А) діафрагма

• Б) молочні залози

• В) протиставлений великий палець кисті

• Г) нервова трубка на спинному боці зародка

Розв’язання: Пригадаймо, які ознаки характерні для різних таксонів. Діафрагма (А) й молочні залози (Б) — ознаки класу Ссавці, а не лише приматів. Нервова трубка на спинному боці зародка (Г) — ознака типу Хордові. Протиставлений великий палець кисті (В) — одна з ключових ознак ряду Примати, яка дає змогу захоплювати предмети.

Відповідь: В (протиставлений великий палець кисті).

Чому інші варіанти неправильні: діафрагма й молочні залози — ознаки всіх ссавців, а не лише приматів; нервова трубка на спинному боці зародка — ознака всіх хордових, зокрема риб, земноводних, плазунів, птахів і ссавців.

Приклад 2. Логічні пари: орган — система органів

Завдання: Установіть відповідність між органом (1–4) і системою органів (А–Д), до якої він належить.

Органи: 1 трахея, 2 сечовід, 3 щитоподібна залоза, 4 стравохід.

Системи органів: А дихальна, Б сечовидільна, В ендокринна, Г травна, Д опорно-рухова.

Розв’язання: Трахея належить до дихальної системи (1 → А). Сечовід — до сечовидільної (2 → Б). Щитоподібна залоза — до ендокринної (3 → В). Стравохід — до травної (4 → Г). Опорно-рухова система (Д) — зайва.

Відповідь: 1А, 2Б, 3В, 4Г.

Чому інші варіанти неправильні: трахею іноді помилково відносять до травної системи, бо вона проходить поряд зі стравоходом; щитоподібну залозу — до дихальної, бо вона лежить на шиї біля трахеї; сечовід — до статевої системи через близьке розташування.

Приклад 3. Три з трьох груп: характеристика органа

Завдання: На рисунку зображено нирку. Виберіть по одній правильній відповіді в кожній групі.

Група 1 — система органів: 1 сечовидільна, 2 травна, 3 статева.

Група 2 — розташування: 1 грудна порожнина, 2 заочеревинно біля задньої стінки живота, 3 порожнина черепа.

Група 3 — функція: 1 утворення сечі, 2 утворення жовчі, 3 газообмін.

Розв’язання: Нирка — орган сечовидільної системи (група 1 → 1). Вона розташована заочеревинно, тобто біля задньої стінки черевної порожнини (група 2 → 2). Її функція — утворення сечі шляхом фільтрації крові (група 3 → 1).

Відповідь: 121 (тризначне число).

Чому інші варіанти неправильні: травна й статева системи не пов’язані з нирками; нирки не лежать у грудній порожнині чи порожнині черепа; утворення жовчі — функція печінки, газообмін — легень.

Приклад 4. Два судження учнів

Завдання: Проаналізуйте два судження.

Ігор: «Гуморальна регуляція швидша за нервову, бо кров тече по всьому тілу».

Марта: «Гіпоталамус поєднує нервову й гуморальну регуляцію».

Варіанти відповідей: А) має рацію лише Ігор; Б) має рацію лише Марта; В) обидва мають рацію; Г) обидва помиляються.

Розв’язання: Ігор помиляється: нервова регуляція швидша за гуморальну, бо нервовий імпульс поширюється зі швидкістю до 120 м/с, тоді як гормони переносяться кров’ю значно повільніше. Марта має рацію: гіпоталамус справді поєднує нервову й гуморальну регуляцію — він отримує нервові сигнали й керує гіпофізом через гормони.

Відповідь: Б (має рацію лише Марта).

Чому інші варіанти неправильні: варіант А (лише Ігор) — хибний, бо Ігор помиляється; В (обидва) — хибний, бо Ігор помиляється; Г (обидва помиляються) — хибний, бо Марта має рацію.

Під час підготовки до НМТ учні часто припускаються однотипних помилок. Розгляньмо найпоширеніші з них і те, як їх уникнути.

• Помилка: вважають нервову й гуморальну регуляцію незалежними. Правильно: їх поєднує гіпоталамус, а нерви керують виділенням гормонів. Наприклад, симпатичні нерви стимулюють наднирники виділяти адреналін.

• Помилка: вважають гуморальну регуляцію швидшою за нервову. Правильно: нервова регуляція миттєва (частки секунди), а гуморальна — повільніша (секунди — хвилини), бо гормони переносяться кров’ю.

• Помилка: плутають ознаки таксонів: діафрагму й молочні залози вважають ознаками лише приматів, а протиставлений великий палець — ознакою всіх ссавців. Правильно: діафрагма й молочні залози — ознаки класу Ссавці; протиставлений великий палець — ознака ряду Примати.

• Помилка: називають органом тканину, а системою органів — окремий орган. Правильно: наприклад, шлунок — це орган, а не «травна система». Травна система — це сукупність органів (ротова порожнина, глотка, стравохід, шлунок, кишечник, печінка, підшлункова залоза).

• Помилка: вважають гомеостаз абсолютною незмінністю показників. Правильно: показники коливаються в межах норми. Наприклад, температура тіла може змінюватися на 0,5–1 °C упродовж доби, але залишається близько 36,6 °C.

• Помилка: відносять щитоподібну залозу до дихальної системи, бо вона лежить на шиї біля трахеї. Правильно: щитоподібна залоза — орган ендокринної системи, її розташування не визначає належність до системи.

Тема 4.1 програми НМТ з біології вимагає знати місце людини в органічному світі, суть нервової, гуморальної й імунної регуляції, гомеостаз; уміти візуально розпізнавати органи й системи органів і доводити участь регуляторних систем у гомеостазі.

У демоваріанті НМТ-2026 тема 4.1 є додатковою в завданні № 30 (вибір трьох відповідей із трьох груп за органом на рисунку; основна тема 4.8, додаткова також 4.3) і в № 17 (мікрофотографія тканини, основна тема 4.12).

Формат завдань

Завдання 29–30 — це основа й три групи відповідей, у кожній лише одна правильна. У демоваріанті по три варіанти в групі, відповідь — тризначне число. 1 бал за кожну групу, до 3 балів.

Логічні пари (завдання 25–28) дають до 4 балів, по 1 за кожну пару. У них треба встановити відповідність між чотирма елементами лівої колонки й п’ятьма — правої (один зайвий).

Стратегія виконання

• Для трьох груп: спершу точно впізнай орган на рисунку, бо помилка в ньому тягне за собою помилки в усіх трьох групах. Потім послідовно визнач систему органів, розташування й функцію.

• Для логічних пар: співвіднось кожен орган із системою, до якої він належить. Пам’ятай, що одна система — зайва.

• Для вибору однієї відповіді: уважно читай, якого саме таксона стосується запитання — тип, клас, ряд чи вид.

• Людина належить до типу Хордові, класу Ссавці, ряду Примати, виду Людина розумна (Homo sapiens).

• Ознаки хордових: хорда в зародка, нервова трубка на спинному боці, глоткові дуги; у дорослого — хребет, головний і спинний мозок, серце на черевному боці.

• Ознаки ссавців: волосяний покрив, потові, сальні й молочні залози, діафрагма, диференційовані зуби, сім шийних хребців, стала температура, живонародження, вигодовування молоком, розвинена кора мозку.

• Ознаки приматів: п’ятипалі хапальні кінцівки з нігтями, протиставлений великий палець, очі вперед, великий мозок, одна пара молочних залоз, одне дитинча.

• Унікальні ознаки людини: прямоходіння (S-подібний хребет, склепінчаста стопа, широкий таз), кисть до тонких рухів, мозок ~1,4 кг, членороздільне мовлення, абстрактне мислення.

• Рівні будови: клітини → тканини → органи → системи органів → організм.

• Орган — частина тіла з певною формою, будовою й місцем, утворена кількома тканинами, одна з яких головна.

• Системи органів: опорно-рухова, травна, дихальна, кровоносна, лімфатична, сечовидільна, статева, покривна, нервова, ендокринна, імунна; сенсорні системи пов’язують із середовищем.

• Нервова регуляція — швидка, точна, короткочасна; гуморальна — повільніша, тривала, через гормони в крові; імунна — захищає від чужорідного.

• Гіпоталамус поєднує нервову й гуморальну регуляцію в нейрогуморальну.

• Гомеостаз — відносна сталість внутрішнього середовища; механізм — негативний зворотний зв’язок.

• Приклади гомеостазу: регуляція глюкози (інсулін/глюкагон) і терморегуляція (гіпоталамус, судини шкіри, потовиділення, тремтіння).