Идея визуализировать энергетический эквивалент работы человеческого мозга сегодня используется даже в рекламных объявлениях.
Источник: фрагмент рекламного объявления из журнала Nature
Они как будто сговорились! У Есенина: «Коль гореть, так уж гореть, сгорая». А вот у Маяковского: «Светить всегда, светить везде»... И, как итог, фактически парафраз этих строк из репертуара Пугачевой: «Жить, гореть и не угасать!» Но самое интересное начинается, если все эти строчки начать расшифровывать буквально.
Поразительно, но процесс дыхания аналогичен процессу горения, только это – «холодное» горение топлива (водород), взаимодействующего с окислителем (кислород воздуха). И в этом смысле аналог дыханию – это процессы медленного окисления: образование ржавчины, гниение, брожение...
А источником водорода как раз и служит пища: в желудке, кишечнике пища разлагается под действием ферментов до жирных кислот, которые, в свою очередь, распадаются в клетке до воды, углекислого газа и атомарного водорода. Образующийся в этой реакции электрон и запускает все идущие в живом организме процессы. В итоге, по существующим оценкам, мускульная энергия, развиваемая человеком, эквивалентна электрической лампочке мощностью в 150 Вт.
«...при работе мускула происходит почти такое же сгорание его тканей (то есть соединение этих тканей с кислородом), какое происходит с топливом в котельной топке паровой машины или в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, – растолковывает профессор Б.Вейнберг в заметке «КПД человека». – Таким образом, для работы мускула ему необходимо доставлять и материал для восстановления его тканей, и кислород для сжигания их. И то и другое доставляется посредством крови» («Техника – молодежи», № 2, 1935).
Все это дает основание физиологам теплопродукцию живых систем приравнять, с некоторым приближением, интенсивности потребления кислорода. Зафиксированные здесь рекорды, в энергетическом эквиваленте, таковы: максимальный обмен – у альпинистов и горцев: 250–280 МВт/г; жители равнин отстают почти на «корпус» – 160–200 МВт/г. То есть при адаптации человека к различным географическим условиям происходит увеличение мощности дыхательной системы на клеточном уровне. Ничего удивительного в этом нет, если учесть, что подъем в горах на 305 м приблизительно равен прохождению 480 км на север или на юг от экватора.
Любопытно, что согласно наставлениям каждый военнослужащий армии США должен получать 4,5 тыс. калорий в день, тогда как финские военные рекомендуют 6 тыс. калорий в день.
Но вообще-то нормальному взрослому человеку в день нужно с пищей потреблять 2500–3000 ккал. (За год же человек потребляет количество энергии, эквивалентное сжиганию 100 кг угля – sic!) Если этот энергетический прожиточный минимум обеспечен, человек способен с помощью своих мускулов совершить механическую работу, эквивалентную 500–600 ккал. Коэффициент полезного действия (КПД) человека, как нетрудно убедиться, 20%. Между прочим, это больше, чем у лошади (ее КПД около 10%), и значительно больше, чем у быка. (Может быть, интересно: одна лошадиная сила – подъем на 1 м 75 кг за 1 с.)
В то же время человек со своими мышцами далеко не лучший двигатель: его мощность, измеренная в лошадиных силах, составляет всего 0,03–0,04. Очень редко «мощность» взрослого мужчины доходит до 0,2–0,25 л.с.
Однако достоинством человека как энергетической установки является его большая выносливость. Так, например, по подсчетам академика Леонида Милова, через каждые четыре дня работы на пахоте лошади был необходим день выгула. В отличие от лошади русский крестьянин в XVIII веке с 22 апреля по 6 июня работал на поле без единого выходного, практически без отдыха и почти без сна.
Или вот еще пример ветхозаветной «безотходной» технологии. Пирамиду Хеопса строили 100 тыс. человек, заменявшиеся новыми каждые три месяца на протяжении 30 лет. Поднимались громадные тяжести: гранитные балки перекрытия склепа пирамиды Хеопса весят 500 тонн каждая, а в пирамиде Хефрена есть монолиты весом до 423 тонн. И все это ворочали вручную!
Когда находишься рядом с этими рукотворными исполинскими мегалитами, первое, что приходит на ум, – какая же чертова уйма обезличенного человеческого труда овеществлена в этих склепах! Тем более это тяжело представить себе, если знать (благодаря расчетам все того же профессора Б.Вейнберга), что 1 кВт может заменить собой 150 умеренно работающих людей, 33 тяжелоработающих или 20 очень тяжело работающих людей.
Но человек – это не только хороший генератор энергии, но и вполне сносный ее аккумулятор: он может работать, не получая пищи, в течение одних-двух суток. При массе в 75 кг взрослый мужчина способен накопить более 2–3 кВт-ч энергии (примерно 30 Вт-ч на 1 кг веса). Если пересчитать эти показатели на единицу массы, то «человеческая машина» окажется в иерархии энергий выше сжатых газов и всевозможных механических пружин. Но ниже кипящей воды. Так что с физической точки зрения не вполне понятна этимология широко распространенного определения непрофессионала – «чайник». Какой же это чайник, если он не может вскипятить стакан воды!
В культовом киберпанковском фильме «Матрица» (время действия – 2199 год, Земля) человеческие существа используются захватившими власть машинами в качестве обычных батареек... Тут создатели картины немного перемудрили. Ведь известно, что для производства одного джоуля энергии, содержащегося в пище, которую потребляет человек, затрачивается 10 Дж энергии. Машины просто не смогли бы прокормить свои биологические «батарейки». Игра не стоит свеч.
Впрочем, у этого сюжета есть варианты. Например, такой. «Скорее всего машины используют резервную мыслительную силу человечества в качестве громадного распределенного процессора для контроля над реакциями ядерного синтеза», – считает британский математик Питер Б.Ллойд. Вот это уже теплее!
Человеческий мозг, возможно, самый сложный объект во Вселенной. А вот для работы этому чуду живой «механики» нужно всего 10 Вт энергии! Правда, мозг очень привередлив в выборе топлива-пищи: просто жиры ему не подходят, хотя в 1 г жира запасено 37,7 Дж энергии. Мозгу подавай глюкозу и кислород. Видите ли, глюкоза «сгорает» полностью, не оставляя после себя в мозгу никаких «шлаков». В состоянии покоя мозг потребляет около двух третей всей циркулирующей в крови глюкозы и 45% кислорода. Снижение концентрации глюкозы в крови ниже 0,5–0,2 г/л приводит к потере сознания и коме.
На этом фоне вполне правдоподобно выглядит гипотеза, согласно которой именно особенности пищевой, то бишь энергетической, стратегии Homo sapiens’ов позволили им опередить неандертальцев в эволюционной гонке. Так, некоторые антропологи (Sorensen, Leonard, 2001) сравнивают средний уровень физических нагрузок неандертальцев с нагрузками атлетов, фермеров и грузчиков. По расчетам этих авторов, необходимые ежедневные энергетические потребности неандертальцев превышали таковые у современных эскимосов – людей с наибольшими энергетическими затратами среди современного человечества, с очень высоким уровнем основного обмена. Прокормиться было очень трудно. Исторической перспективы – никакой, увы...
А хитрые sapiens’ы взяли да изобрели приготовление пищи на огне. Сразу качественно возрастает энергетическая и питательная ценность, ее усвояемость. Не случайно приготовленная на огне пища – возможно, наиболее ранний объект кражи в обществе человека.
Как будто специально под этот случай сказал еще один поэт, Андрей Вознесенский:
Стоило гроши, и вдруг алтын.
Ложная растет дороговизна.
Ценность измеряется одним –
Единицей Вложенности Жизни!
Ну и еще, энергетической ценностью пищи...
Энергозатраты и, следовательно, потребность в энергии у здорового человека при нормальной физической нагрузке складываются из четырех главных параметров. Прежде всего - это основной обмен. Он характеризуется потребностью в энергии человека, находящегося в покое, до приема пищи, при нормальной температуре тела и температуре окружающей среды 20 °С. Основной обмен служит для поддержания важных функций систем жизнеобеспечения организма: 60% энергии расходуется на производство тепла, остальное - на работу сердца и кровеносной системы, дыхание, работу почек и мозга. Основной обмен подвержен лишь незначительным колебаниям. Регуляция основного обмена осуществляется с помощью гормонов и через вегетативную нервную систему. Его величину определяют путем измерения количества выделяемого тепла (прямая калориметрия) или путем регистрации потребления кислорода и выделения углекислого газа (непрямая калориметрия).
Второй после основного обмена составляющей энерготрат организма являются так называемые регулируемые затраты энергии. Они соответствуют потребности энергии, используемой на работу сверх основного обмена. Любой вид мышечной деятельности, даже изменение положения тела (из положения лежа в положение сидя), увеличивает энергозатраты организма. Изменение величины потребления энергии определяется продолжительностью, интенсивностью и характером мышечной работы. Поскольку физическая нагрузка может иметь различный характер, энерготраты подвержены значительным колебаниям.
Энергозатраты у спортсмена определяются еще большим числом составляющих:
Климато-географические условия тренировки;
Объем тренировки;
Интенсивность тренировки;
Вид спорта;
Частота тренировок;
Состояние при тренировке;
Специфическое динамическое действие пищи;
Температура тела спортсмена;
Профессиональная деятельность;
Повышенный основной обмен;
Потери на пищеварение.
Чем больше мышечная работа, тем сильнее возрастает расход энергии.
В опытах с работой на велоэргометре, при точно определенной величине мышечной работы и точно измеренном сопротивлении вращению педалей была установлена прямая (линейная) зависимость расхода энергии от мощности работы, регистрируемой в килограммометрах или ваттах. Вместе с тем было выявлено, что не вся энергия, расходуемая человеком при совершении механической работы, используется непосредственно на эту работу, ибо большая часть энергии теряется в виде тепла. Известно, что отношение энергии, полезно затраченной на работу, ко всей израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия (КПД). Считается, что наибольший КПД человека при привычной для него работе не превышает 0,30-0,35. Следовательно, при самом экономном расходе энергии в процессе работы общие энергетические затраты организма минимум в 3 раза превышают затраты на совершение работы. Чаще же КПД равен 0,20-0,25, так как нетренированный человек тратит на одну и ту же работу больше энергии, чем тренированный.
С ориентацией на мощность и расход энергии были установлены зоны относительной мощности в циклических видах спорта (табл. 5).
Эти четыре зоны относительной мощности предполагают деление множества, различных дистанций на четыре группы: короткие, средние, длинные и сверхдлинные.
В чем же суть разделения физических упражнений по зонам относительной мощности и как это группирование дистанций связано с энергозатратами при физических нагрузках разной интенсивности?
Во-первых, мощность работы прямо зависит от ее интенсивности. Во-вторых, высвобождение и расход энергии преодоления дистанций, входящих в различные зоны мощности, имеют существенно отличающиеся физиологические характеристики.
Таблица 5
Зоны относительной мощности в спортивных упражнениях (по B.C. Фарфелю, Б.С. Гиппенрейтеру)
Зона максимальной мощности. В ее пределах может выполняться работа, требующая предельно быстрых движений. Продолжительность этой работы обычно не превышает 20 сек. При такой максимальной работе явления утомления наступают уже через 10-15 сек., что проявляется в некотором снижении интенсивности. Ни при какой другой работе не освобождается столько энергии, сколько при работе с максимальной мощностью. Кислородный запрос в единицу времени самый большой, потребление организмом кислорода незначительно. Работа мышц совершается почти полностью за счет бескислородного (анаэробного) распада веществ. Практически весь кислородный запрос организма удовлетворяется уже после работы, т.е. запрос во время работы почти равен кислородному долгу. Из-за кратковременности работы кровообращение не успевает усилиться, частота же сердечных сокращений значительно возрастает к концу работы. Однако минутный объем крови увеличивается ненамного, потому что не успевает вырасти систолический объем сердца.
Зона субмаксимальной мощности. Предельная ее продолжительность не менее 20-30 сек., но не более 3-5 мин. При такой работе образуется значительное количество молочной кислоты, которая растворяется в крови. Помимо анаэробных процессов, интенсивно развертывающихся при этой работе, включаются также и аэробные процессы. Резко усиливаются дыхание и кровообращение. Это обеспечивает увеличение количества кислорода, притекающего с кровью к мышцам. Потребление кислорода непрерывно возрастает, но максимальных величин оно достигает почти в конце работы. Образующийся кислородный долг очень велик - он значительно больше, чем после работы максимальной мощности, что объясняется продолжительностью работы.
Зона большой мощности. Она характеризуется длительностью не менее 3-5 мин. и не более 20-30 мин. Здесь уже вполне достаточно времени для того, чтобы дыхание и кровообращение могли усилиться в полной мере. Поэтому работа, выполняемая через несколько минут после старта, происходит при потреблении кислорода, близком к максимально возможному. Вместе с тем кислородный запрос при такой работе больше, чем возможное потребление кислорода. Интенсивность анаэробных процессов превышает интенсивность аэробных реакций. В связи с этим в мышцах накапливаются продукты анаэробного распада, и происходит образование кислородного долга.
Во время работы большой интенсивности заметную роль играют выделительные процессы. Потоотделение, усиливающееся в первые минуты работы, полностью включается в терморегуляторную функцию, предохраняя организм от перегревания. Помимо этого, с потом удаляется часть молочной кислоты и других продуктов обмена, поступивших из мышц в кровь.
Зона умеренной мощности. Она может продолжаться от 20-30 мин. до нескольких часов. Особенностью, отличающей зону умеренной интенсивности от всех трех вышеперечисленных зон, является наличие устойчивого состояния (равенство величин кислородного запроса и потребления кислорода). Лишь в начале работы кислородный запрос превышает потребление кислорода. Однако уже через несколько минут потребление кислорода достигает уровня кислородного запроса. Накопление молочной кислоты при устойчивом состоянии отсутствует или же невелико. Функции дыхания и кровообращения увеличены сильно, однако не максимально.
Длительная работа умеренной интенсивности, сопровождающаяся сильным потоотделением, вызывает большие потери воды из организма, и потерю веса (до 0,8-1 кг в 1 час).
Итак, в результате повторных нагрузок определенной мощности на тренировочных занятиях организм адаптируется к соответствующей работе благодаря совершенствованию физиологических и биохимических процессов, особенностей функционирования систем организма. Повышается КПД при выполнении работы определенной мощности, повышается тренированность, растут спортивные результаты.
Режимы работы мышц
Механическая работа (А), совершаемая мышцей, измеряется произведением поднимаемого веса (Р) на расстояние (h): А = Р * h кгм. При регистрации работы изолированной мышцы лягушки видно, что чем больше величина груза, тем меньше высота, на которую его поднимает мышца. Различают 3 режима работы мышцы: изотонический, изометрический и ауксотонический.
Изотонический режим (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение в ней при этом не изменяется. Это происходит при раздражении изолированной мышцы лягушки, закрепленной одним концом на штативе. Так как при этих условиях Р = 0, то механическая работа мышцы также равна нулю (А = 0). В таком режиме работает в организме человека только одна мышца - мышца языка. (В современной литературе также встречается термин изотонический режим по отношению к такому сокращению мышцы с нагрузкой, при котором по мере изменения длины мышцы напряжение ее сохраняется неизменным, но в этом случае механическая работа мышцы не равна пулю, т. е. она совершает внешнюю работу).
Изометрический режим (режим постоянной длины мышцы) характеризуется напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обоих концов или когда мышца не может поднять слишком большой груз. При этом h = 0 и, соответственно, механическая работа тоже равна нулю (А = 0). Этот режим наблюдается при сохранении заданной позы и при выполнении статической работы. В этом случае в мышечном волокне все равно происходят процессы возникновения и разрушения мостиков между актином и миозином, т. е. тратится энергия на эти процессы, но отсутствует механическая реакция перемещения нитей актина вдоль миозина. Физиологическая характеристика такой работы заключается в оценке величины нагрузки и длительности работы.
Ауксотонический режим (смешанный режим) характеризуется изменением длины и тонуса мышцы, при сокращении которой происходит перемещение груза. В этом случае совершается механическая работа мышцы (А= Р? h). Такой режим проявляется при выполнении динамической работы мышц даже при отсутствии внешнего груза, так как мышцы преодолевают силу тяжести, действующую на тело человека. Различают 2 разновидности этого режима работы мышц: преодолевающий (концентрический) и уступающий (эксцентрический) режим.
Для измерения мышечной силы применяют динамометры: кистевой и становой. Максимальная сила кисти, кгс вычисляется как среднее арифметическое трех сжиманий динамометра с максимальной силой через одну минуту.Развивая напряжение и сокращаясь, мышца способна выполнять механическую работу. Наибольшую работу он выполняет при средних нагрузках и средних скоростях. Это явление получило название закона средних нагрузок.Средние нагрузки и средние скорости сокращения различны для разных мышц, что необходимо учитывать при разработке норм и организации труда.
Коэффициент полезного действия мышц
Во время работы в мышце в зависимости от интенсивности изменений обмена веществ возрастает образование тепла. Часть энергии, освобождающейся при химических процессах без превращения в тепло, непосредственно переходит в кинетическую энергию сокращения мышцы. Остальная большая часть энергии химических процессов превращается в тепловую, поэтому мышцы при сокращении выделяют тепло.
Сравнение увеличения затрат энергии с увеличением тяжести работы показывает, что величина затрачиваемой энергии за вычетом основного обмена всегда больше совершаемой человеком «полезной» механической работы. Причина такого несоответствия заключается прежде всего в том, что при превращении химической энергии питательных веществ в работу значительная часть энергии теряется в виде тепла, не переходя в механическую энергию. Некоторая часть энергии расходуется на поддержание статических напряжений, которые только частично учитываются при подсчете совершенной человеком механической работы. Каждое движение человека требует и статических и динамических напряжений, причем соотношение тех и других при различных работах различно. Так, поднятие груза с высоты 1 м на высоту 1,5 м при выпрямленном туловище требует меньшей затраты энергии, чем поднятие такого же груза с высоты 0,5 м на высоту 1 м при наклонном положении туловища, так как удержание последнего в наклонном состоянии требует более значительного статического напряжения мышц спины.
Определенная часть энергии, образовавшейся при химических реакциях, расходуется на преодоление сопротивлений движению со стороны растягиваемых во время движения мышц-антагонистов и эластичных тканей в суставах, на преодоление вязкого сопротивления деформации мышц и на преодоление инерции движущихся звеньев тела при изменениях направления движения. Отношение количества выполненной человеком механической работы, выраженное в калориях, к величине затрат энергии, также в калориях, называется энергетическим коэффициентом полезного действия.
Величина коэффициента полезного действия зависит от способа работы, ее темпа и состояния тренированности и утомления человека. Иногда величину коэффициента полезного действия используют для оценки качества рабочих приемов. Так, при изучении движений опиловки металла было установлено, что на каждый килограмм-сила-метр работы затрачивается 0,023 ккал, что соответствует коэффициенту полезного действия 1/ = 10,2
Этот сравнительно невысокий коэффициент полезного действия объясняется значительной статической работой при опиловке, требующей напряжения мышц туловища и ног для сохранения рабочей позы. При других видах работы коэффициент полезного действия может быть больше или меньше величины, найденной для опиловки металла. Ниже приведены величины коэффициента полезного действия для некоторых работ:
Подъем тяжестей........................8,4
Работа напильником......................10,2
Работа вертикальным рычагом (толкание) 14,0
Вращение рукоятки.................20,0
Езда на велосипеде.....................30,0
Наибольшее значение, которого может достичь коэффициент полезного действия человеческого организма,- 30%. Эта величина достигается при выполнении хорошо освоенной, привычной работы с участием мускулатуры ног и туловища.
Величина коэффициента полезного действия работы в отдельных случаях позволяет установить более рациональные условия выполнения физической работы, в частности определить оптимальную скорость (темп), нагрузку, производительность работы. Большей частью величина энергетических трат на единицу продукции бывает наименьшей, а обратная ей величина коэффициента полезного действия - наибольшей при средних степенях скорости и нагрузки в середине периода работы, если она продолжается до утомления.
Изменение коэффициента полезного действия в отдельных случаях, в частности, когда сравниваются однородные работы, различающиеся лишь способом выполнения, может служить одним из критериев для оценки рациональности некоторых конкретных сторон труда. Однако этот критерий для работающего человека ни в какой мере не имеет того определяющего и универсального значения, которым он обладает в оценке работы машины. В то время как в паровой машине только внешняя механическая работа является основным полезным эффектом превращений энергии, а остальная извлеченная из топлива энергия справедливо считается бесполезно потерянной, для организма человека полезна и та часть потребляемой энергии, которая идет не на внешнюю механическую работу, а на повышение жизнедеятельности клеток во время работы и на восстановление временно уменьшающейся работоспособности.
Более точным и универсальным критерием физиологической оценки рациональности конкретных рабочих приемов и отдельных движений является длительность поддержания высокого уровня работоспособности, что проявляется в увеличении производительности труда и в таком приспособлении физиологических функций, которое ведет к дальнейшему развитию физических и духовных способностей человека.
Пешком вокруг экватора
Подсчитано, что в течение дня человек делает до 30 тысяч шагов, то есть около 20 километров. За каждые 5,5 лет он незаметно совершает путь, равный окружности экватора.
Сколько весит скелет человека?
Масса скелета человека составляет около 11 килограммов.
Когда человек выше: утром или вечером?
За счёт уплощения межпозвоночных хрящей рост человека к вечеру уменьшается примерно на 1,5 см. рост человека к 80 годам уменьшается на 5–7 см по сравнению с сорокалетним возрастом.
Сколько в черепе костей?
Человеческий череп состоит из 23 костей. Только две кости черепа - нижнечелюстная и подъязычная - подвижны, остальные прочно соединены швами.
Прочнее кирпича и гранита
Костный материал в 30 раз крепче кирпича и в 2,5 раза крепче гранита. Большая бедренная кость выдерживает вертикальную нагрузку в полторы тонны.
Она выдерживает нагрузку в 350 килограммов
Самая крепкая связка человеческого тела - бертиниева связка, укрепляющая тазобедренный сустав, - выдерживает нагрузку в 350 килограммов.
Сколько в человеке мышц?
Количество мышц у человека не является одинаковым для всех людей. В пределах нормы оно составляет от 400 до 680 мышц. Если бы все эти мышцы напряглись, они бы вызвали давление, равное приблизительно 25 тонн. У кузнечика - около 900 мышц, а у некоторых видов гусениц - даже около 4 000. Суммарный вес всех мышц составляет у мужчин 40% от общего веса тела, у женщин - 30%.
Какой орган много теряет тепла?
Коэффициент полезного действия мышц человека равен 20%. Остальные 80% расходуются на тепловые потери.
Где расположены самые сильные мышцы?
Самые сильные те, что расположены по обе стороны рта и отвечают за сжатие челюстей. Они способны развивать усилие около 70 килограммов.
Кто больше теряет энергии: плачущий или смеющий человек?
Согласно исследованиям французских невропатологов, у плачущего человека задействованы 43 мышцы лица, в то время как у смеющегося - всего 17. Таким образом, смеяться энергетически выгодней, чем плакать.
Время, когда проявляется наивысшая мышечная активность?
Отмечено, что наиболее эффективно мышцы работают в 13 час. 30 минут.
Кислородопотребляющий орган. Кто он?
До 60% кислорода поступающего в организм потребляют мышцы.
Ритм - твой помощник
Ритм - важный элемент работы, и каждому стоит в этом отношении поучиться у своего сердца: если работать ритмично, то работа будет продуктивной и хватит сил работать долго.
Когда сломаются «биологические часы»
Частые нарушения физиологического цикла «день–ночь» способны привести к болезненному расстройству внутренних «биологических часов» человека.
Дыхание
Сколько можно вдохнуть воздуха?
Вентиляция лёгких (число вдохов, умноженное на объём вдыхаемого воздуха) у здорового человека достигает 5–9 литров в минуту. В состоянии покоя человек совершает в среднем 16 дыхательных движений в минуту. В сутки это составляет около 23 000. При этом через лёгкие проходит около 7 000 литров воздуха. Минутный объём дыхания человека (количество воздуха, пропускаемого через лёгкие за одну минуту) составляет в состоянии покоя 5–8 литров в минуту, а во время физической работы может достигать более 100 литров в минуту.
Дышите спокойно
Человек в состоянии покоя расходует в сутки 400–500 литров кислорода, делая 12–20 вдохов и выдохов в минуту. Частота дыхания лошади - 12 вдохов и выдохов в минуту, крысы - 60, канарейки - 108.
Кто нас бодрит?
Отрицательно заряженные ионы газов воздуха - друзья здоровья; они делают человека бодрым, работоспособным.
Биопылесос
Мерцательный эпителий дыхательных путей человека выносит из них наружу до 20–30 г пыли в сутки.
Кровообращение
Плазма крови… и древние моря
Состав плазмы крови напоминает состав воды древних земных морей, в которых зародилась жизнь.
В два раза больше длины экватора
Общая длина кровеносных капилляров в организме человека примерно 100 000 километров. Это в 2,5 раза превышает длину земного экватора, а общая внутренняя площадь - 2 400 м 2 .
Насос, работающий всю жизнь
За 60 лет обычной, не очень напряжённой жизни, человеческое сердце совершает более 2 000 000 000 сокращений. Такую же работу проделал бы тягач, если бы поднял от уровня моря до высоты 5 500 метров валун массой 65 тонн.
Когда больше холестерина?
100 мл крови здорового человека содержат осенью и зимой 20–250 мг холестерина, а летом и весной - только 170–180 мг.
Сердечная «сорочка»
Сердце имеет сорочку - слой соединительной ткани; между сердцем и «сорочкой» имеется небольшое количество жидкости. Околосердечная сумка («сердечная сорочка») защищает работающую сердечную мышцу.
Сплющенные красные шарики
Кровяные тельца красного цвета, или эритроциты, чья суммарная поверхность составляет 3 400 м 2 . Каждый день их отмирает в организме около 2 000 000 000, что составляет 0,01% от их общего числа. Суммарная площадь поверхности всех эритроцитов составляет 3 400 м 2 . В каждом мм3 крови - 5 000 000 эритроцитов, а во всех пяти литрах, содержащихся в организме взрослого человека, - 25 000 000 000 000. Если выложить все эти эритроциты в ряд, образовавшаяся цепочка вытянется на 200 000 километров, пять раз опоясав земной шар по экватору.
«Спринты» внутри нас
Практически все клетки человеческого организма имеют ядра, которые управляют всеми физиологическими процессами в самой клетке и участвуют в процессе деления клеток. Единственное исключение составляют эритроциты. Рождаются они с ядром, но уже на ранних стадиях развития, теряют его, тем самым утрачивая способность к размножению. Новые эритроциты образуются в красном костном мозге из стволовых клеток. Ежесекундно образуется около 2 500 000 эритроцитов и примерно столько же погибает. За один день эритроцит проходит в кровеносных сосудах около 15 километров, снабжая ткани кислородом и забирая от них углекислый газ. За время существования один эритроцит в среднем проходит расстояние в 1 800 километров.
Они живут, чтобы умереть
Клетки крови постоянно отмирают и заменяются новыми. Жизнь эритроцитов (красных кровяных телец) продолжается 90–125 дней, лейкоцитов (белых кровяных телец) - от нескольких часов до нескольких месяцев, в зависимости от вида лейкоцитов. В крови взрослого человека каждый час отмирает около миллиарда эритроцитов и пять миллиардов лейкоцитов. Их заменят новые кровяные тельца. В течение суток полной регенерации подвергается 25 граммов крови.
Тоньше волоса
Кровеносные капилляры имеют толщину в 10 раз меньше, чем волос.
Вот так скорость!
В течение одной минуты сердце выбрасывает в аорту около 4 литров крови. Скорость движения в аорте 0,5 м/сек, а по капиллярам, кровь течёт, со скоростью 0,5 мм/сек. Полный оборот крови через оба круга кровообращения совершается, за 21–22 сек.
Особое вещество крови
В каждом эритроците содержится 265 000 000 молекул гемоглобина. Сборка его молекулы занимает всего 90 секунд. Ежесекундно в организме человека синтезируется 6,5∙1014 молекул гемоглобина. В 100 мл человеческой крови содержится 13–16 г гемоглобина. Один грамм гемоглобина может связывать до 1,34 мл кислорода. В состоянии покоя через сердце человека протекает около 4 л/мин, что обеспечивает получение тканям около 400 мл кислорода.
Ах, эти «тоненькие трубочки»!
Толщина стенок артерий составляет 0,8–0,9 мм. Диаметр различных артерий человека - 0,4–2,5 см. Средний диаметр капилляров у человека - около 7 мкм, что чуть меньше диаметра эритроцита. В артериях объём крови составляет в среднем 950 мл.
«Сахарная царица»
Так называли печень древние тибетские врачи. Она хранит питательные запасы и, если человек голоден, она превращает их в сахар, тем самым, подкармливая его. В состоянии покоя у человека до 50% крови может находиться в «депо крови» - печени и селезёнке, откуда в случае необходимости выбрасывается в кровяное русло. Кровоток в почках составляет 420 мл/мин, в сердце - 84, в печени - 5,7, в мозгу - 53, в поперечнополосатой мускулатуре - всего 2,7 мл/мин. Печень потребляет в 10 раз больше кислорода, чем равная ей по массе мышца, и выделяет больше тепла. Она мощный защитный барьер на пути кровотока от органов пищеварения к другим органам. Наиболее эффективно печень разлагает алкоголь между 6 и 8 часами вечера. Через печень в течение одной минуты протекает 1,5 литра крови, а в сутки - до 2 000 литров.
У женщин бьётся чаще
Сердце взрослого человека перекачивает за сутки около 10 000 литров крови. Нормальный пульс мужчины в состоянии покоя составляет 60–80 ударов в минуту. Сердце женщины бьётся на 6–8 ударов чаще. Тяжёлая физическая нагрузка увеличивает пульс до 200 ударов в минуту. Частота пульса у слона - 20, у быка и лягушки - 25, у кролика - 200, у мыши - 500.
Пищеварение
Даже сабля тупится
Остриё сабли при ударе о зубную эмаль тупится. По твёрдости эмаль можно сравнить с кварцем.
Сколько, два или четыре?
Молочные зубы заменяются постоянными. Последний коренной зуб прорезается обычно к 18–20 годам, а иногда и позднее, когда человек «благодаря учению приобретает мудрость» - так думал Гиппократ. Этот зуб он и назвал зубом «мудрости». Половина человечества имеет только два, а не четыре зуба мудрости.
Обнажённая часть нашего скелета
Удельный вес зубной эмали зуба - 2,9–3,05 г/см 2 . Дентин зуба имеет удельный вес всего лишь 2,2 г/см 2 . В дентине зуба взрослого человека содержится около 65% минеральных солей, 28% органических веществ и 8% воды. В состав зубного цемента входит около 30% органических веществ, более 55% фосфата кальция, около 8% карбоната кальция, а также фториды кальция и магния.
Терпеть нельзя!
Самое болезненное место человеческого организма - зубы. На квадратный сантиметр кожи обычно приходится не более 200 болевых рецепторов, а на такой же площади дентина зуба - от 15 000 до 30 000 рецепторов. На границе эмали и дентина их ещё больше - до 75 000 рецепторов.
«Желудь» или «желудок»?
Слово «желудок» является производным от слова «жёлудь» (в старину «маленькие жёлуди называли желудками»). На 1 см 2 слизистой желудка приходится сто желудочных желёз. Они расположены вплотную. В отличие от других пищеварительных соков, желчь почти не содержит ферментов.
«Зубатые» ферменты
В течение суток у человека выделяется около 1 литра слюны, 3 литра желудочного сока, 2 литра поджелудочного сока, 3,5 кишечного сока, 2один литр желчи. За сутки у человека выделяется в среднем один литр слюны.
Что означает для желудка час дня?
Больше всего желудочного сока образуется в 13 часов, даже если человек ничего не ел.
И это всё в нас?
Длина кишечника у человека превышает длину тела в 3–4 раза. Общая площадь поверхности ворсинок тощей кишки составляет 37 м 2 , двенадцатиперстной - 1,3 м 2 , подвздошной - 5,3 м 2 .
В нас ещё и газы?
В процессе брожения пищевой кашицы в правом (восходящем) отделе толстого кишечника образуется водород и углекислый газ, а в процессе гниения в левом (нисходящем) отделе - метан и сероводород. Всё это смешивается с воздухом, попадающим в кишечник в процессе еды вместе с пищей. При переваривании обеда образуется около 15 литров газов.
Вот так ворсинки!
На одном см 2 внутренней поверхности кишки 3 000–4 000 ворсинок. Каждая покрыта 3 000 клеток, которые, в свою очередь, имеют по 100 всасывающих трубочек. Поверхность всасывания в тонких кишках около 5 м 2 , т.е. в три раза больше поверхности тела.
Короткая «жизнь»
Ежедневно погибает около 70 000 000 000 клеток кишечного эпителия, каждая из которых живёт всего 1–2 дня.
Она нужна, чтобы дышать, двигаться, думать
В состоянии покоя и на голодный желудок человеческое тело вырабатывает за сутки столько энергии, что её хватило бы для нагревания 20 литров воды от 10ºС до кипения. Тепла, выделяющегося при работе дровосека в течение восьми часов, достаточно, чтобы нагреть до кипения 100 литров воды.
Кого боятся кишечные бактерии?
В бруснике и клюкве много бензойной кислоты. Она убивает гнилостные бактерии в кишечнике.
Из чего мы «сделаны»?
Все из клеток
Организм человека состоит из 100 000 миллиардов клеток. Для сравнения: организм слона состоит из 6 500 000 миллиардов клеток.
Вода, вода…
Вода составляет 80% массы тела ребёнка и 70% массы тела взрослого человека. В клетках головного мозга человека содержится 80%, в мышцах - 76%, в костях - около 25% воды. Глоток воды - это для мужчин 20 миллилитров жидкости, а для женщины - 14. Самая богатая водой ткань человеческого организма - стекловидное тело глаза, в котором её 99%, а самая бедная - зубная эмаль. В её составе всего 0,2% .
Так ли важна вода?
Потеря влаги в размере 6–8% от веса тела вызывает у человека полуобморочное состояние, 10% - галлюцинации и нарушение глотательного рефлекса. Потеря 12% жидкости влечёт за собой остановку сердца.
А газы, тоже есть?
Более 96% массы человеческого тела составляют четыре химических элемента. На долю кислорода приходится около 60% массы, на долю углерода - около 20%. За ними следуют водород - 10% и азот - 4%.
Не только туда, но и оттуда!
Человек в сутки может выделять 0,5–12 литров пота, который содержит 9899% воды, 0,1% мочевины, мочевую, молочную, пировиноградную, лимонную кислоты, аммиак, креатинин, серин, жиры, летучие жирные кислоты, холестерин, ароматические оксикислоты, ацетон, минеральные соли.
Кожные образования
Не снимаемая «одежда»
Кожа - самый тяжёлый орган человеческого тела. Она весит в среднем 2,7 кг. Кожа не пропускает воду, микробы, грязь. Защищает нас от ударов, уколов, укусов. Через кожу в организм поступает около 2% потребляемого человеком кислорода. Человек среднего роста теряет каждый час около 800 000 микрочастиц кожи, а за год в среднем 675 граммов. К семидесяти годам общие потери кожи составляют чуть больше 47 кг, то есть 70% среднего веса человека. Человеческий организм выделяет через кожу около 0,5 литров воды в сутки. Твёрдых веществ выделяется около 10 граммов.
Кто скажет, нам холодно или жарко?
Вся кожная поверхность тела человека содержит около 250 000 «холодовых» рецепторов и только 30 000 «тепловых». Температура кожи различна на разных участках тела. Так, в подмышечной впадине она составляет 36,6ºС, то на животе - 34ºС, а на лице - 25ºС. Кровь и внутренние органы имеют температуру 37,2–38,5ºС.
Лучше быть чистым или грязным?
На одном см 2 грязной кожи насчитывают около 40 000 микробов.
Передающие «SOS!»
В нашей коже скрыто 250 000 нервных окончаний, реагирующих на холод, 30 000 - реагирующих на тепло, около 1 000 000 - реагирующих на боль.
Кожа и время
Кожа наименее чувствительна к уколам в 9 часов утра и наиболее проницаема для косметических средств между 6 и 8 часами вечера.
Космические «антенны»
Человеческий волос в 500 раз толще стенок мыльного пузыря, в 5 раз толще капилляра, в 12 раз толще стенок альвеол и в 20 раз - паутины. Волосы растут у новорождённых со скоростью 0,2 мм в сутки, позднее - до 0,3–0,5 мм в сутки. Волосы бровей, ресниц и подмышечные волосы живут 3–4 месяца, волосы головы - 4–6 лет. За месяц волос подрастает на один сантиметр. Ежедневно на голове отмирает около 100 волос. Отмершие волосы могут сразу и не выпадать, поэтому на голове подчас скапливается до 20% мёртвых волос.
Коса - не только девичья краса
Самая длинная коса у одной японки - 3 метра, она её выращивала 20 лет. Самые длинные волосы носил Свами Пандарасаннади, глава индийского монастыря Тирудадутурай. В 1949 году длина его волос была 7 метров 92 сантиметра.
И борода и усы
Самая длинная борода принадлежала Гансу Лангсету - 5 метров 33 сантиметра, а самые длинные усы были у шведа Биргера Пелласа - 2 метра 90 сантиметров.
Достояние приматов
Кончики всех двадцати пальцев на наших конечностях несут плотные плоские роговые образования - ногти. Ногти - достояние приматов. Растёт ноготь за счёт эпителия ногтевого ложа. Ногти защищают особенно чувствительные концы пальцев. Ноготь на руке растёт со скоростью сотой доли миллиметра в сутки, а на ноге - пяти сотых. За год на пальце рук ноготь удлиняется в сумме на три сантиметра. Самый длинный ноготь на руке (на большом пальце левой руки) достигает в длину 101,6 сантиметра. Он принадлежал индийцу Шридхару Чиллару. Общая длина ногтей на пальце его левой руки при измерении в марте 1990 года составляла 4 метра 40 сантиметров. Он не обрезал ногти с 1952 года.
Выделение
Зачем мы плачем?
Дети плачут, чтобы привлечь внимание, чтобы выразить свои эмоции: страх, гнев или радость. А ещё чтобы со слезами из организма ушли вредные вещества, которые вырабатываются от боли и страданий. Кроме этого, когда мы моргаем, слёзы омывают глазное яблоко, очищая его от пыли и микробов. Здоровый человеческий организм вырабатывает примерно 0,5 литров слёзной жидкости в год. Даже самый суровый мужчина проливает ежедневно от 1–3 миллилитров слёз.
Фильтры крови
Общая длина почечных канальцев составляет 120 километров. В обеих почках у человека около 2 000 000 нефронов. За день почки пропускают через себя 2 000 литров крови, а это целая цистерна. Взрослый человек в сутки выделяет 1 200–1 600 мл мочи и должно выходить с мочой 15–45 мг щавелевой кислоты.
Что такое уролиты?
Химический состав уролитов - почечных камней - может быть разным. 40% уролитов - это оксалаты (соли щавелевой кислоты), 27% - фосфаты (соли ортофосфорной кислоты), 12–15% — ураты (соли мочевой кислоты), 2% цистиновые, ксантиновые и белковые камни и 20–30% - камни смешанного типа.
Зрение
Сложный оптический прибор
До 14 месяцев у новорождённых девочек и до 16 месяцев у мальчиков наблюдается период полного невосприятия цветов. Затем появляется восприятие красного, потом зелёного, а ещё позже синего цвета. Формирование цветоощущения заканчивается в 7,5 годам у девочек и к 8 годам у мальчиков. Глаз способен различить 130–250 чистых цветов и 5–10 000 000 000 смешанных оттенков.
После часа в темноте
После одного часа пребывания в темноте светочувствительность глаза повышается в 200 раз.
Палочки и колбочки
Сетчатка глаза человека содержит 125 000 000 палочек и 6 500 000 колбочек, при этом, вместе взятые, они настолько чувствительны, что человек теоретически мог бы увидеть огонёк свечи на расстоянии 200 километров.
Слух, обоняние, осязание
«Алло, вас не слышу!»
Среднее ухо человека содержит 2 500 клеток, реагирующих на звуки. Верхний предел воспринимаемых нами частот достигает 16–20 млн герц. С течением лет чувствительность уха, особенно к высоким звукам, уменьшается.
Вкусно, когда +24ºС
На поверхности языка находится около 9 000 нервных окончаний, реагирующих на вкус. Они лучше всего функционируют при температуре 24ºС.
Мал, да удал
Поверхность зоны обоняния носа всего 5 см 2 , но на ней размещается около 1 000 000 нервных окончаний. Ощущение запаха возникает при возбуждении не менее 40 нервных окончаний.
Вот почему он мёрзнет!
Самая холодная часть человеческого тела - нос. Температура его кончика обычно не превышает +22ºС.
Нервная система
Гигантское количество и… один процент
Нервная система человека состоит из 10 000 000 000 нейронов и 70 000 000 000 вспомогательных клеток. Из этого гигантского количества лишь один процент выполняет самостоятельную работу, то есть принимает сигналы и управляет работой мышц; остальные 99% - это посреднические клетки.
Центр всех центров или главный орган ума
В три года мозг человека развит уже на 80%. Наивысшего развития он достигает примерно к 20 годам. В дальнейшем происходит уменьшение его массы. Кора больших полушарий составляет примерно 44% объёма головного мозга. Поверхность коры в целом равна 1 468–1 670 см 2 .
Мы на третьем месте
Человек стоит на третьем месте по массе мозга (1 400 г) в живой природе после слона (5 кг) и кита (2,5 кг).
Вот такие площади!
Общая площадь коры больших полушарий у человека составляет в среднем 83 591 мм 2 , шимпанзе - 24 353 мм 2 , собаки - 6 523 мм 2 , кролика - 843 мм 2 , крысы - 254 мм 2 .
Природа не справедлива
Начиная с тридцатилетнего возраста у человека, ежедневно отмирает 30 000 до 50 000 нервных клеток головного мозга.
Вода и нервная клетка
Нервная клетка - нейрон - содержит 65–68% воды и 32–35% твёрдых веществ, среди которых на долю белков приходится 68–70%. 20–25% составляют липиды, 2–5% - нуклеиновые кислоты, 1–2% - углеводы.
С ним сосуды в тонусе
В организме человека может образовываться оксид азота (II). Он обеспечивает связь между нейронами и поддерживает тонус сосудов.
Чем больше, тем лучше
Чем больше диаметр волокна нерва, тем с большей скоростью по нему распространяется возбуждение. У теплокровных животных скорость возбуждения - 0,5–120 м/сек.
«Нервные» помощники
Ни одно действие человека не может осуществиться без участия нервной системы. Чтобы перевести тело из горизонтального положения в вертикальное, головной мозг человека отправляет через нервы к мышцам сотни нервных импульсов - сигналов.
Всё для зрения
В составе черепномозговых нервов в мозг входит 2 600 000 нервных волокон, а выходит 140 000. около половины выходящих волокон несут приказы к мышцам глазного яблока, управляя быстрыми и сложными движениями глаз. Остальные нервы управляют мимикой, жеванием, глотанием и деятельностью внутренних органов. Из входящих нервных волокон 2 000 000 - зрительные.
Мужчины и женщины
«Сильный пол»
- Мужской мозг весит на 200 г больше, чем женский.
- Юноша в возрасте 15–24 лет неудачно падают в 6 раз чаще, чем девушки того же возраста.
- Среди выдающихся математиков мужчин в 12 раз больше, чем женщин.
- Отклонения от нормы цветового зрения встречаются гораздо чаще у мужчин (8%), чем у женщин (0,5%).
- У мужчин объём лёгких на 20% больше, чем у женщин.
- Храпят во сне 48% мужчин и только 22% женщин.
- Мальчики чаще, чем девочки, бывают левшами и вообще свободно владеют левой рукой, что объясняется ведущей ролью правого полушария мужского мозга.
- 80% всех заикающихся людей - мужчины.
- Объём крови составляет в среднем у мужчин 5,2 л, а у женщин - 3,9 литра.
- Масса сердца мужчины в среднем 330 г женщины - 250 г.
«Слабый пол»
- Девочки начинают разговаривать раньше, чем мальчики.
- Обоняние у женщины на 20% лучше, чем у мужчины.
- Психические депрессии у женщин встречаются в два раза чаще, чем у мужчин.
- Музыкальный слух у женщин лучше, чем у мужчин: на 6 не фальшивящих женщин приходится 1 мужчина.
- Три четверти всех мигреней приходится на долю женщин.
- Женщины в два раза чувствительнее к алкоголю, чем мужчины.
- Женщины предпочитают сладкие блюда, а мужчины - солёные.
- У женщин острее видит правый глаз и лучше слышит правое ухо, а у мужчины - наоборот.
- Жировая ткань составляет 11% веса мужчины и 23% веса женщины.
- Женщины, чаще мужчины, страдают кариесом зубов.
- На бессонницу жалуются 42% мужчин и 62% женщин.