Сущность нормальной физиологии

Нужно отметить, что древняя и старая кора лимбической системы имеет прямое отношение к обонятельной функции. В свою очередь обонятельный анализатор, как самый древний из анализаторов, является неспецифическим активатором всех видов деятельности коры большого мозга.

Наиболее полифункциональными образованиями лимбической системы являются следующие.

1. Гиппокамп - расположен в глубине височных долей мозга и является основной структурой лимбической системы. Морфологически гиппокамп представлен стереотипно повторяющимися модулями, связанными между собой и с другими структурами. Модульное строение обусловливает способность гиппокампа генерировать высокоамплитудную ритмическую активность. Связь модулей создает условие циркулирования активности в гиппокампе при обучении. При этом возрастает амплитуда синаптических потенциалов, увеличиваются нейросекреция клеток гиппокампа, число шипиков на дендритах его нейронов, что свидетельствует о переходе потенциальных синапсов в активные. Электрическая активность здесь чаще всего характеризуется быстрыми бета-ритмами (14-30 в секунду) и медленными тета-ритмами (4-7 в секунду).

Тета-ритм в гиппокампе наблюдается при высоком уровне эмоционального напряжения - страхе, агрессии, голоде, жажде. Повреждение гиппокампа у человека нарушает память на события, близкие к моменту повреждения (ретроантероградная амнезия). Нарушаются запоминание, обработка новой информации, различие пространственных сигналов. Повреждение гиппокампа ведет к снижению эмоциональности, инициативности.

2. Миндалевидное тело, миндалина - подкорковая структура, расположенная в глубине височной доли мозга. Функции миндалины связаны с обеспечением оборонительного поведения, вегетативными, двигательными, эмоциональными реакциями, мотивацией. Повреждение миндалины у животных приводит к успокоению, неспособности к ярости и агрессии. Животные становятся доверчивыми. Например, обезьяны с поврежденной миндалиной спокойно подходят к гадюке, вызывавшей ранее у них ужас, бегство. Видимо, в случае повреждения миндалины исчезают некоторые врожденные безусловные рефлексы, реализующие память об опасности.

3. Гипоталамус - структура промежуточного мозга, входящая в лимбическую систему, организующая эмоциональные, поведенческие, гомеостатические реакции организма. Гипоталамус имеет большое число нервных связей с корой большого мозга, подкорковыми узлами, зрительным бугром, средним мозгом, мостом, продолговатым и спинным мозгом.

Олдс описал поведение крыс, которым вживляли электроды в ядра гипоталамуса и давали возможность самостоятельно стимулировать эти ядра. Оказалось, что стимуляция некоторых ядер приводила к негативной реакции. Животные после однократной самостимуляции больше не подходили к педали, замыкающей стимулирующий ток. При самостимуляции других ядер животные нажимали на педаль часами, не обращая внимания на пищу, воду и др. Исследования Дельгадо во время хирургических операций показали, что у человека раздражение аналогичных участков вызывало эйфорию, эротические переживания.

Раздражение передних отделов гипоталамуса может вызывать у животных пассивно-оборонительную реакцию, ярость и страх, а раздражение заднего гипоталамуса вызывает активную агрессию.

Гипоталамус является также центром регуляции цикла бодрствование - сон. При этом задний гипоталамус активизирует бодрствование, стимуляция переднего вызывает сон. Повреждение заднего гипоталамуса может вызвать так называемый летаргический сон.

В гипоталамусе образуются также нейрорегуляторные пептиды - энкефалины, эндорфины, обладающие морфиноподобным действием и способствующие снижению стресса и т. д.

Лекция 8. Автономная нервная система и ее роль в регуляции висцеральных функций.

7.6 Структурно-функциональная организация автономной нервной системы. Рефлекторная дуга автономной системы

Автономная нервная система представлена образованиями контролирующими, без участия сознания, гладкую мускулатуру всех органов, сердце и железы. Ее главная функция состоит в поддержании постоянства внутренней среды, или гомеостаза. На основании структурно-функциональных свойств автономную нервную систему принято делить на симпатическую, парасимпатическую и метасимпатическую части. Из них первые две имеют центральные структуры и периферический нервный аппарат, метасимпатическая же часть целиком лежит на периферии в стенках внутренних органов.

Дуга автономного рефлекса, как и соматическая рефлекторная дуга, состоит из трех звеньев: чувствительного (афферентного), ассоциативного (вставочного) и эффекторного. В зависимости от уровня замыкания, т. е. расположения ассоциативного звена, различают местные, или ганглионарные, спинальные, бульбарные и т. д. рефлекторные дуги. Рефлексы, возникающие при раздражении чувствительных волокон, идущих в составе симпатических и парасимпатических нервов, вовлекают в деятельность не только автономную, но и соматическую нервную систему.

Висцеральная чувствительность обусловлена активностью пяти отдельных типов интероцепторов: механо-, хемо-, термо-, осмо- и ноцицепторов, а также полимодальных интероцепторов. Чувствительные волокна афферентной системы являются отростками биполярных клеток, лежащих в спинномозговых узлах или их аналогах, таких как яремный, тройничный узлы и др.

Импульсы, поступающие к вставочным нейронам, способны вызвать их активность и, как следствие, появление вегетативных, например дыхательных или сердечно-сосудистых, эффектов. Импульсы могут также активировать клетки высших отделов центральной нервной системы, вызывая появление поведенческих реакций и субъективных ощущений. Сигналы, вызывающие ответы в клетках коры большого мозга передаются в специальные выходы передних отделов поясной извилины, и уже оттуда через гипоталамус нисходящие пути следуют к вставочным, затем к эффекторным нейронам и далее к исполнительным органам. Таким образом, информация от высших центров по нисходящим путям и от периферических висцеральных и соматических клеток по спинальным дугам поступает к вставочным нейронам.

Тело вставочного или преганглионарного автономного нейрона располагается в сером веществе либо ствола мозга, либо - спинного мозга. На периферии за пределами спинного мозга нервное волокно вступает в синаптический контакт с эффекторным нейроном. Эффекторных нейронов несравненно больше, чем преганглионарных волокон. Например, в верхнем шейном симпатическом ганглии одно преганглионарное симпатическое волокно контактирует более чем с сотней эффекторных нейронов. Тело эффекторной клетки дуги автономного рефлекса представляет собой мигрировавшую из спинного мозга клетку, располагающуюся в одном из периферических автономных ганглиев. Нейроны этих ганглиев охватывают своим влиянием, как правило, большие территории висцеральных органов. Ганглии могут располагаться либо около позвоночника (парные паравертебральные), либо в сплетениях вблизи внутренних органов (непарные превертебралъные), наконец, в тканях внутренних органов (интрамуральные).

7.7 Отделы вегетативной нервной системы и их функции. Автономные рефлексы и их особенности

Симпатическая часть автономной нервной имеет центральный аппарат - спинномозговой (торако-люмбальный) центр, который представлен симпатическим ядром бокового рога серого вещества спинного мозга. Это ядро простирается от I-II грудных до II-IV поясничных сегментов. Составляющие ядро клетки называют преганглионарными, а их отростки - преганглионарными волокнами. Они выходят из спинного мозга в составе его передних корешков. Вскоре после выхода симпатические волокна отделяются от двигательных.

Периферический отдел симпатической части автономной нервной системы образован эфферентными и чувствительными нейронами и их отростками, располагающимися в удаленных от спинного мозга узлах. В околопозвоночных, или паравертебральных, узлах часть преганглионарных симпатических волокон синаптически оканчивается на эфферентных нейронах. Эфферентные клетки называют постганглионарными и их волокна именуются постганглионарными волокнами. Постганглионарные волокна в большинстве своем лишены миелиновой оболочки, поэтому имеют розово-серую окраску. Предпозвоночные, или превертебральные, узлы лежат на большом расстоянии от центральной нервной системы. На их эффекторных нейронах заканчиваются прошедшие, не прерываясь через узлы пограничного симпатического ствола, преганглионарные волокна.

Парасимпатическая часть автономной нервной системы имеет общую структуру, подобную симпатической части: здесь также выделяют центральные и периферические образования. Как и в симпатической части, передача возбуждения к исполнительному органу осуществляется по двухнейронному пути. Но есть и отличия.

1. Преганглионарные волокна более длинные, а постганглионарные чрезвычайно короткие.

2. Центральные структуры парасимпатической части расположены в трех различных, далеко отстоящих друг от друга участках в среднем, продолговатом и спинном мозге.

В среднем мозге находится парасимпатическое добавочное ядро глазодвигательного нерва (ядро Якубовича), расположенное вблизи передних бугров четверохолмия. Его нейроны иннервируют аккомодационную мышцу глаза и сфинктер зрачка.

В продолговатом мозге лежат три пары ядер, от которых начинаются преганглионарные волокна, выходящие из мозга в составе VII, IX, X пар черепных нервов (лицевого, языкоглоточного, блуждающего). Нервные волокна, идущие в составе лицевого и языкоглоточных нервов, иннервируют слюнные железы. Нервные волокна, идущие в составе блуждающего нерва иннервируют сердце, легкие, пищевод, желудок и другие органы брюшной полости.

Парасимпатические ядра спинного мозга располагаются в области I-III или II-IV крестцовых сегментов в боковых рогах серого вещества. От них идет тазовый нерв, который направляется к поверхности прямой кишки, где вместе с подчревным симпатическим нервом участвует в образовании тазового сплетения.

Структура метасимпатической части отличается относительной простотой. Здесь нет ядерных образований и система представлена лишь комплексом интрамуральных ганглионарных структур, залегающих в стенках полых висцеральных органов. Эта часть иннервирует только внутренние органы, наделенные моторным ритмом. В сфере ее управления находятся гладкие мышцы, всасывающий и секретирующий эпителий, локальный кровоток, местные эндокринные и иммунные элементы. Метасимпатическая часть получает внешние синаптические входы от симпатической и парасимпатической частей автономной нервной системы. Имеет собственное сенсорное звено. Обладает гораздо большей, чем симпатическая и парасимпатическая части автономной нервной системы, независимостью от ЦНС. Органы с разрушенными или выключенными метасимпатическими путями утрачивают присущую им способность к координированной моторной деятельности и другим функциям.

Резюмируя, можно выделить отличия автономной системы от соматической:

1 Расположение эфферентного (моторного) нейрона. В соматической нервной системе вставочный и моторный нейроны располагаются в сером веществе спинного мозга, в автономной нервной системе эффекторный нейрон вынесен на периферию, за пределы спинного мозга, и лежит в одном из ганглиев - пара-, превертебральном или интраорганном. Более того, в метасимпатической части автономной нервной системы весь рефлекторный аппарат полностью находится в интрамуральных ганглиях и нервных сплетениях внутренних органов.

2. Соматические нервные волокна покидают спинной мозг сегментарно. Волокна же автономной нервной системы выходят из трех участков ЦНС - головного мозга, грудопоясничного и крестцового отделов спинного мозга. Большинство висцеральных систем имеет тройную - симпатическую, парасимпатическую и метасимпатическую - иннервацию.

3. Перерезка у животных вентральных корешков спинного мозга сопровождается полным перерождением всех соматических эфферентных волокон. Но, она не затрагивает дуги автономного рефлекса ввиду того, что ее эффекторный нейрон вынесен в пара- или превертебральный ганглий. В этих условиях эффекторный орган управляется импульсами данного нейрона. Именно это обстоятельство подчеркивает относительную автономию указанного отдела нервной системы.

4. В автономной нервной системе нервные волокна в большинстве своем безмякотные или тонкие мякотные. Скорость распространения по ним нервных импульсов невелика и составляет в преганглионарных волокнах до 18 м/с, в постганглионарных - до 3 м/с.

В естественных условиях симпатические и парасимпатические центры, а также эффекторные нейроны метасимпатической части автономной нервной системы находятся в состоянии непрерывного возбуждения, получившего название «тонус». Тонус постоянно отражается на функциональном состоянии сосудистой стенки, сердечной мышцы, висцеральных органов в целом.

Преобладание симпатического или парасимпатического тонуса обычно оценивается на основании частоты сердечных сокращений. Преобладание тонических влияний парасимпатической и симпатической частей автономной нервной системы послужило основанием для создания конституционной классификации. Согласно этой классификации, преобладание в организме тонуса парасимпатической части автономной нервной системы именуется ваго-тонией, симпатической - симпатикотонией. Ваготония характеризуется замедленным пульсом, потливостью, желудочными расстройствами. Для симпатикотонии, напротив, типичным является учащенный пульс и т. д.

7.8 Нейромедиаторы автономной нервной системы и их функции

В автономной нервной системе насчитывают более десяти видов нервных клеток, которые продуцируют в качестве основных разные медиаторы. Каждый из медиаторов выполняет передаточную функцию, как правило, в определенных звеньях дуги автономного рефлекса. Так, ацетилхолин выделяется в окончаниях всех преганглионарных симпатических и парасимпатических нейронов, а также большинства постганглионарных парасимпатических окончаний. Кроме того, часть постганглионарных симпатических волокон, иннервирующих потовые железы и, по-видимому, вазодилататоры скелетных мышц, также осуществляют передачу с помощью ацетилхолина. В свою очередь норадреналин является медиатором в постганглионарных симпатических окончаниях сосудов сердца, печени, селезенки и других структурах.

Ацетилхолин действует на два типа холинорецепторов: никотиновые (Н-холинорецепторы) и мускариновые (М-холинорецепторы). Различные лекарственные средства, оказывающие на эффекторный орган действие, аналогичное действию постганглионарного волокна (симпатического, парасимпатического и т.п.), получили на звание миметиков (адрено-, холиномиметики). Наряду с этим имеются и вещества, избирательно блокирующие функцию рецепторов постсинаптической мембраны. Они названы ганглиоблокаторами. Например, аммониевые соединения избирательно выключают Н-холинорецепторы, а атропин и скополамин - М-холинорецепторы.

Особенностью адренергических нейронов является то, что они обладают чрезвычайно длинными тонкими аксонами, которые разветвляются в органах и образуют густые сплетения. Общая длина таких аксонных терминалей может достигать 30 см. По ходу терминалей имеются многочисленные расширения - варикозеты, в которых синтезируется, запасается и выделяется медиатор. С приходом импульса норадреналин одновременно выделяется из многочисленных расширений, действуя сразу на большую площадь гладкомышечной ткани. При действии на мембрану гладкой мышечной клетки адреналин и норадреналин активируют находящуюся в клеточной мембране аденилатциклазу. Этот фермент катализирует образование в клетке цАМФ из АТФ. Последний продукт вызывает ряд физиологических эффектов, активируя энергетический обмен, стимулируя сердечную деятельность.

Адренорецепторы делят на б-адренорецепторы и в-адренорецепторы. Например, в кровеносных сосудах скелетных мышц имеются б- и в-адренорецепторы. Возбуждение б-адренорецепторов приводит к сужению, а в-адренорецепторов - к расширению артериол.

Серотонин является одним из основных медиаторов метасимпатической части автономной нервной системы. Он способен оказывать прямое действие на гладкую мускулатуру, которое в сосудистой системе проявляется в виде констрикторных или дилататорных реакций. Особенно чувствительна к серотонину пищеварительная система. На введение серотонина она реагирует начальной спастической реакцией, переходящей в ритмические сокращения с повышенным тонусом и завершающейся торможением активности.

Для многих висцеральных органов характерной является пури-нергическая передача, названная так вследствие того, что при стимуляции пресинаптических терминалей выделяются аденозин и инозин - пуриновые продукты распада. Медиатором же в этом случае является АТФ. Выделившийся в синаптическую щель АТФ взаимодействует с пуринорецепторами. Действие медиатора направлено преимущественно на гладкую мускулатуру и проявляется в виде ее релаксации.

В числе медиаторов может быть гистамин. Он широко распространен в различных органах и тканях, особенно в пищеварительном тракте, легких, коже. Среди структур автономной нервной системы наибольшее количество гистамина содержится в постганглионарных симпатических волокнах. Классическим действием гистамина является повышение капиллярной проницаемости и сокращение гладкой мускулатуры. В свободном состоянии гистамин снижает кровяное давление, уменьшает частоту сердечных сокращений, стимулирует симпатические ганглии.

На межнейронную передачу возбуждения в ганглиях автономной нервной системы тормозное влияние оказывает ГАМК. Как медиатор она может принимать участие в возникновении пресинаптического торможения.

Большие концентрации различных пептидов, особенно субстанции Р, в тканях пищеварительного тракта, гипоталамуса, задних корешков спинного мозга, а также эффекты стимуляции последних и другие показатели послужили основанием считать субстанцию Р медиатором чувствительных нервных клеток.

Нейропептидам отводят особое значение в механизме адаптационно-трофического действия. Эти вещества модулируют действие медиаторов на пресинаптическом и постсинаптическом уровне, влияя на их синтез, выведение, инактивацию. Внутриклеточные эффекты ряда пептидов связаны с аденилатциклазной системой.

В автономной нервной системе, помимо обычных эффекторных нейронов, существуют еще специальные клетки, соответствующие постганглионарным структурам и выполняющие их функцию. Передача возбуждения к ним осуществляется обычным химическим путем, а отвечают они эндокринным способом. Эти клетки получили название трансдукторов. К ним относятся:

1) хромаффинные клетки мозгового слоя надпочечников, которые на холинергический передатчик преганглионарного симпатического окончания отвечают выделением адреналина и норадреналина;

2) юкста-гломерулярные клетки почки, которые отвечают на адренергический передатчик постганглионарного симпатического волокна выделением в кровяное русло ренина;

3) нейроны гипоталамических ядер, реагирующие на синаптический приток разной природы выделением вазопрессина и окситоцина.

7.9 Влияние автономной нервной системы на функции органов. Виды автономных рефлексов

Все структуры и системы организма иннервируются волокнами автономной нервной системы. Многие из них имеют двойную, а полые висцеральные органы даже тройную (симпатическую, парасимпатическую и метасимпатическую) иннервацию. Изучение роли каждой из них обычно осуществляют с помощью электрического раздражения, хирургического или фармакологического выключения, химической стимуляции и т. д.

Так, сильное раздражение симпатических волокон вызывает учащение сердечных сокращений, увеличение силы сокращения сердца, расслабление мускулатуры бронхов, снижение моторной активности желудка и кишечника, расслабление желчного пузыря, сокращение сфинктеров и другие эффекты. Это система тревоги. Действие осуществляется двумя путями: прямым влиянием на орган-мишень и генерализованным воздействием на все системы организма за счет выброса адреналина из надпочечников.

Раздражение блуждающего нерва (парасимпатическая система) характеризуется противоположным действием: уменьшается ритм и сила сердечных сокращений, расширяются сосуды языка, слюнных желез, половых органов, суживаются бронхи, активизируется работа желудочных желез, расслабляются сфинктеры мочевого пузыря и сокращается его мускулатура. Это система поддержания гомеостаза.

Эти наблюдения послужили основанием для представления о существовании «антагонистических», уравновешиваемых отношений между симпатической и парасимпатической частями автономной нервной системы. Однако, представлению «уравновешивания» симпатических влияний парасимпатическими противоречит ряд фактов: например, половые рефлексы стимулируется волокнами симпатической и парасимпатической природы, так что здесь проявляется согласованная реакция; ряд органов и тканей снабжается только либо симпатическими, либо парасимпатическими волокнами. К таким органам относятся многие кровеносные сосуды, селезенка, мозговой слой надпочечника, некоторые экзокринные железы, органы чувств и ЦНС.

Метасимпатическая часть автономной нервной системы контролирует и регулирует процессы внутренних органов. Ее можно уподобить микропроцессору. Только в кишечнике эта система имеет такое же число клеток, что и весь спинной мозг. Существование специальных местных метасимпатических механизмов регуляции функций увеличивает надежность регуляции функций. При этом ЦНС освобождается от избыточной информации.

Процессы в организме контролируются посредством автономных рефлексов, которые делят на следующие группы

1. Висцеро-висцеральный рефлекс включает пути, в которых возбуждение возникает и заканчивается во внутренних органах. В этом случае рефлекторные дуги могут быть разного уровня. Одни замыкаются в интрамуральных ганглиях и обеспечиваются метасимпатической иннервацией, другие - в пара- и превертебральных симпатических узлах, наконец, третьи имеют спинальный и более высокий уровень замыкания. К числу таких рефлексов относится классический рефлекс Гольца: механическое раздражение брыжейки вызывает замедление частоты сердечных сокращений.

2. Висцеросоматический рефлекс также возникает при раздражении внутренних органов и в дополнение к висцеральным вызывает появление соматических реакций. Они выражаются, например, в изменении текущей активности, сокращении или расслаблении скелетных мышц. Примером такой реакции может служить торможение общей двигательной активности организма при раздражении чувствительных окончаний синокаротидной зоны.

3. Висцеросенсорный рефлекс осуществляется по тем же путям, что и висцеросоматический, но изменяется соматическая чувствительность. Зона повышенного восприятия обычно ограничивается участком кожи, иннервируемым сегментом, к которому поступают импульсы от раздражаемого висцерального органа. Механизм этого явления основан на том, что висцеральные и кожные чувствительные волокна конвергируют на одних и тех же нейронах спинно-таламического пути, в результате чего ядерные структуры ЦНС и кора большого мозга связывают возникающее возбуждение с раздражением определенной области кожной поверхности. Так, при заболевании внутренних органов возникает повышение тактильной и болевой чувствительности определенных областей кожи. Эти боли названы отраженными, а области их проявления - зонами Захарьина-Геда.

4. Соматовисцеральный рефлекс. Он выражается тем, что при раздражении некоторых областей поверхности тела возникают сосудистые реакции и изменения функций определенных висцеральных органов (используется в рефлексотерапии).

7.10 Центральная регуляция висцеральных функций

Сложные механизмы регуляции деятельности висцеральных органов и представляют многоэтажную иерархическую структуру.

1. Базовый структурный уровень - внутриорганные рефлексы, замыкающиеся в интрамуральных ганглиях и имеющие метасимпатическую природу. Эти ганглии являются низшими рефлекторными центрами.

2. Экстрамуральные паравертебральные ганглиии брыжеечных и чревного сплетений. Оба этих низших этажа обладают отчетливо выраженной автономностью и могут осуществлять регуляцию деятельности висцеральных органов и тканей относительно независимо от центральной нервной системы.

3. Центры спинного мозга и ствола. В шейной и в начале грудной части располагаются тела преганглионарных симпатических нейронов, иннервирующие гладкие мышцы глазного яблока. Пять верхних грудных сегментов служат местом локализации симпатических нейронов, иннервирующих сердце и бронхи. На уровне всех грудных, а также верхних поясничных сегментов спинного мозга, т. е. на всем протяжении симпатического ядра, расположены нейроны, иннервирующие сосуды и потовые железы. Располагающиеся в стволе скопления парасимпатических нейронов образуют центры, в которых осуществляется замыкание рефлексов сосания, жевания, глотания, чиханья, слюноотделения, слезотечения, торможения сердечной деятельности, секреции желудочных желез и т. д. Крестцовые отделы спинного мозга занимают парасимпатические нейроны, которые образуют ряд центров рефлексов мочеиспускания, дефекации, эрекции и т. д.

4. Гипоталамус, ретикулярная формация, лимбическая система, мозжечок, новая кора.

В гипоталамусе принято различать три скопления ядер: переднее, среднее и заднее. При стимуляции гипоталамуса возникает комплекс сложных реакций, в которых нервный компонент дополняется гормональным. Так, раздражение ядер задней группы характеризуется эффектами, аналогичными раздражению симпатической части автономной нервной системы - расширяются зрачки и глазная щель, возрастает частота сердечных сокращений, повышается кровяное давление, тормозится двигательная активность пищеварительного тракта, в крови возрастает концентрация адреналина и норадреналина. Разрушение этой области приводит к гипергликемии, ожирению, нарушению терморегуляции.

Раздражение ядер передней группы сопровождается реакциями, подобными раздражению парасимпатической части автономной нервной системы, - сужением зрачков и глазных щелей, урежением частоты сердечных сокращений, снижением артериального давления, усилением двигательной активности желудочно-кишечного тракта. Ядра этой группы участвуют в механизме терморегуляции.

Функция ядер средних групп состоит преимущественно в регуляции метаболизма. Разрушение, например, вентромедиальных ядер сопровождается повышением потребления пищи (гиперфагия) и ожирением, двустороннее разрушение латеральных ядер, напротив, приводит к полному отказу от пищи.

Лимбическая система («висцеральный мозг») регулирует висцерально-гормональные функции, направленные на обеспечение различных форм деятельности, таких, как пищевое, сексуальное, оборонительное поведение, регулирует эмоциональную сферу, осуществляя, таким образом, сома-товисцеральную интеграцию.

Мозжечок, наряду с регуляцией двигательной соматической сферы мозжечок контролирует течение висцеральных процессов. После удаления мозжечка возникает угнетение периодической моторной деятельности пищеварительного тракта, секреторной функции кишечных желез и т. д.

Ретикулярная формация. Основной ролью ее нисходящей части по отношению к деятельности автономной нервной системы является повышение активности нервных центров, связанных с висцеральными функциями. Проводником этих влияний на периферию является симпатическая часть автономной нервной системы.

Кора большого мозга. У человека раздражение точек в теменных и других долях сопровождается изменением сердечной деятельности, артериального давления, дыхательного ритма, слюноотделения, желудочной и кишечной моторики. Высшими центрами автономной иннервации считаются передние отделы больших полушарий. Известно, что в определенных условиях у человека гипнотическим внушением (влияние через кору мозга) можно вызвать изменение сердечного ритма, вазоконстрикцию и вазодилатацию, изменение метаболизма.

ЛЕКЦИЯ 8. ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ. ГИПОТАЛАМО-ГИПОФИЗАРНАЯ СИСТЕМА

8.1 Факторы гормональной регуляции

Все процессы жизнедеятельности организма строго согласованы между собой по скорости, времени и месту протекания. В организме человека эту согласованность осуществляют внутриклеточные и межклеточные механизмы регуляции, важнейшую роль в которых играют гормоны и нейромедиаторы. Специфические регуляторы, которые секретируются эндокринными железами в кровь или лимфу, а затем попадают на клетки-мишени, называют гормонами. Вещества, которые выделяются из пресинаптических нервных окончаний в синаптическую щель и вызывают биологический эффект, связываясь с рецепторами постсинаптической мембраны, называют нейромедиаторами.

Функциональная активность эндокринной железы может регулироваться «субстратом», на который направлено действие гормона. Так, глюкоза стимулирует секрецию инсулина из /?-клеток панкреатических островков (островки Лангерганса), а инсулин понижает концентрацию глюкозы в крови, активируя ее транспорт в мышцы и печень. Это происходит следующим образом. Глюкоза входит в /?-клетки поджелудочной железы через переносчик глюкозы и сразу же фосфорилируется глюкокиназой, после чего вовлекается в гликолиз. Образующийся при этом АТФ ингибирует калиевые каналы, вследствие чего снижается мембранный потенциал /?-клеток и активируются потенциалзависимые кальциевые каналы. Входящий в /?-клетку кальций стимулирует слияние везикул, содержащих инсулин, с плазматической мембраной и секрецию инсулина. Инсулин активирует перенос глюкозы в печень, сердце и скелетные мышцы, вследствие чего уровень глюкозы в крови снижается, замедляется ее вход в /3-клетки и уменьшается секреция инсулина.

Такой же механизм лежит в основе секреции паратгормона (паратиреоидный гормон, паратирин) и кальцитонина. Оба гормона влияют на концентрацию кальция и фосфатов в крови. Паратиреоидный гормон вызывает выход минеральных веществ из кости и стимулирует реабсорбцию кальция в почках и кишечнике, в результате чего возрастает концентрация кальция в плазме крови. Кальцитонин, напротив, стимулирует поступление кальция и фосфатов в костную ткань, в результате чего концентрация минеральных веществ в крови снижается. При высокой концентрации кальция в крови подавляется секреция паратиреоидного гормона и стимулируется секреция кальцитонина. В случае снижения концентрации кальция в крови секреция паратиреоидного гормона усиливается, а кальцитонина -- ослабляется.

Такая регуляция постоянства внутренней среды организма, происходящая по принципу отрицательной обратной связи, очень эффективна для поддержания гомеостаза, однако не может выполнять все задачи адаптации организма. Например, кора надпочечников продуцирует стероидные гормоны в ответ на голод, болезнь, эмоциональное возбуждение и т. п. Чтобы эндокринная система могла «отвечать» на свет, звуки, запахи, эмоции и т. д., должна существовать связь между эндокринными железами и нервной системой.

Основные связи между нервной и эндокринной системами регуляции осуществляются посредством взаимодействия гипоталамуса и гипофиза (рис. 5.2). Нервные импульсы, приходящие в гипоталамус, активируют секрецию так называемых рилизинг-факторов (либеринов и статинов): тиреолиберина, соматолиберина, пролактолиберина, гонадолиберина и кортиколиберина, а также со-матостатина и пролактостатина. Мишенью для либеринов и статинов,

I. Контур гуморальной регуляции.

II. Взаимосвязь нервной и гуморальной регуляции.

III. Структурно-функциональная организация эндокринной системы. Эндокринные железы.

IV. Основные механизмы действия гормонов. Мембраны и внутриклеточные рецепторы, G-белки, вторичные посредники.

V. Регуляция секреции гормонов.

VI. Гипоталамо-гипофизарная система.

VII. Нейросекреты гипоталамуса. Роль либеринов и статинов.

РЕГУЛЯЦИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ

8.2 Основные особенности регуляции кровообращения. Миогенная и нейрогуморальная регуляция тонуса сосудов. Роль эндотелия в регуляции тонуса

Система кровообращения служит для обеспечения адекватного обмена веществ в органах и тканях организма. Их потребности в кровотоке могут колебаться в широких пределах, поэтому деятельность системы должна обеспечивать как минимальные, так и значительно увеличенные потребности тканей в кислороде и веществах. Скорость оборота крови в организме характеризуется величиной минутного объема, то есть количеством крови, проходящей через сердце за 1 мин. Обычно в состоянии покоя эта величина составляет 4,5-5 л/мин. Поскольку общий объем крови в системе составляет примерно 7% массы тела, то фактически в организме человека среднего веса вся кровь проходит через сердце за 1 мин.

Величина минутного объема определяется соотношением градиента давления в системе кровообращения и сосудистого сопротивления:

MO = (АД-ВД)/СС

где МО - минутный объем, АД и ВД - соответственно среднее артериальное и венозное давление, а СС - сопротивление сосудов.

Увеличение минутного объема возможно как за счет роста градиента давления, так и при снижении сосудистого сопротивления. Принципиальная разница между этими двумя путями состоит в изменении нагрузки на сердце: при повышении АД она возрастает, затрудняя выброс крови из сердца, а при уменьшении сосудистого сопротивления снижается, облегчая выброс. В связи с этим, очевидно, что второй способ увеличения минутного объема явно предпочтительнее, и он действительно реализуется на практике. Артериальное давление, как правило, поддерживается на относительно стабильном уровне благодаря разнообразным механизмам. Часть из них определяет сопротивление сосудов, другие регулируют АД в системе, третьи - общий объем крови. Все они в определенной степени вовлечены в регуляцию деятельности системы кровообращения при естественных нагрузках и стрессах.

В результате этого кровоток в органах, функциональные потребности которых значительно варьирует (скелетные мышцы, желудочно-кишечный тракт, кожа), может сильно изменяться. Напротив, в таких жизненно важных органах как мозг и почки - поддерживается почти на постоянном уровне.

При физиологическом покое организма величина сосудистого сопротивления относительно высока и определяется в основном сопротивлением крупных и мелких артерий (артериол). Составляющие основную часть их стенок гладкие мышцы находятся в постоянном сокращении (тонусе), величина которого зависит в конечном итоге от степени активации сократительных белков ионами Са2+ в каждой клетке. При этом тонус артерий может быть неодинаковым в различных тканях, что определяется их потребностью в кровотоке.

Основные механизмы, определяющие сосудов можно разделить на местные и центральные. Местные механизмы реализуются следующими путями.

1. Миогенная ауторегуляция. Некоторые сосуды (почек, головного мозга и т.д.) способны поддерживать постоянный объем кровотока при значительных колебаниях давления. Физическими факторами миогенной авторегуляции являются величина давления в сосуде и скорость кровотока. Величина давления определяет степень растяжения гладкомышечных клеток стенки. Повышение давления и усиленное растяжение клеток сопровождаются увеличением силы сокращения. Поэтому возникающее в ответ на повышение давления кратковременное расширение сосуда сменяется его сужением, это предохраняет сосуд от перерастяжения и ограничивает объем крови, проходящий через сосуд. Данная саморегуляторная реакция реализуется в основном в крупных артериях и имеет важное значение для сохранения нужного кровотока при длительном повышении АД, например при гипертонической болезни. При этом мышечный слой стенок утолщается, гипертрофируется, что позволяет поддерживать нормальный тонус в каждой мышечной клетке.

Важнейшая роль в регуляции артериального тонуса принадлежит эндотелию - тонкому слою клеток, отделяющих кровь от мышечного слоя. Совсем недавно установлено, что эндотелий восприимчив к действию чисто физических факторов, а именно скорости потока крови. Увеличение скорости потока сопровождается расширением сосуда, следствием чего (при постоянном давлении) является снижение скорости потока. Напротив, снижение скорости потока сопровождается сужением артерии и последующим увеличением скорости потока. Таким образом, эндотелий выступает как некая саморегулирующая структура, оптимизирующая скорость потока для данного участка ткани. В основе данной реакции лежит механочувствительность эндотелия. Поток крови в сосуде носит название ламинарного (пластинчатого) в связи с тем, что все слои цилиндрического потока крови, как и воды в гладкой трубе, движутся параллельно оси сосуда. При этом содержащиеся в потоке более крупные частицы смещаются к оси потока. В связи с повышенной вязкостью крови (по сравнению с водой) периферические слои цилиндрического потока, прилегающие к стенкам, движутся медленнее, чем центральные. В результате осевой поток, содержащий клетки (преимущественно эритроциты), движется значительно быстрее, чем пристеночные слои, в которых находится плазма. Увеличение степени деформации мембран эндотелиоцитов при повышении скорости потока крови сопровождается образованием оксида азота и других физиологически активных веществ, продуцируемых эндотелием. Тонус мышц снижается, сосуд расширяется, что приводит к снижению скорости потока. спинной мозг пищеварение организм

Миогенная регуляция играет ведущую роль в поддержании сосудистого тонуса. Даже при полном отсутствии внешних влияний этот тонус сохраняется, поэтому его называют базальным. В его основе спонтанная активность гладкомышечных клеток сосудов.

2. Метаболическая ауторегуляция. На мускулатуру сосудов оказывают влияние кислород и продукты метаболизма тканей. Снижение напряжения О2, повышение концентрации СО2, ионов Н+, молочной кислоты и других веществ в крови ведет к расширению сосудов. Метаболическая саморегуляция приспосабливает местный кровоток к функциональным потребностям органа.

3. Влияние тканевых гормонов. Находящиеся в крови физиологически активные вещества - брадикинин, гистамин, серотонин - связываясь с наружной мембраной эндотелиоцита, вызывают образование веществ, оказывающих на мышечные клетки расслабляющее или сокращающее действие. Брадикинин образуется при активации пищеварительных желез и расширяет их сосуды. Гистамин выделяется главным образом при повреждении кожи и слизистых оболочек (при сдавливании сосудов может вызвать гистаминовый шок, расширяя их). Сравнительно недавно было установлено, что основным (а возможно, и единственным) эндотелийзависимым фактором расслабления является NO2 - оксид азота. Это позволило объяснить, почему нитраты, в том числе нитроглицерин, являются весьма эффективными лекарствами, устраняющими спазм сосудов. Сосудосуживающее действие оказывает серотонин (участвует в запуске мигрени).

8.3 Нейрогуморальная регуляция сосудистого тонуса

Координационные акты, которые приспосабливают сердечно-сосудистую систему к оптимальному обеспечению кровоснабжением органов и тканей осуществляется и за счет центральных воздействий: со стороны нервной системы и при влиянии гуморальных факторов.

Нервная регуляция просвета сосудов осуществляется вегетативной нервной системой. Регуляция артериального тонуса осуществляется преимущественно при помощи окончаний симпатических нервов, которые обильно оплетают все сосуды, кроме капилляров. Большая часть симпатических волокон при возбуждении выделяет медиатор норадреналин (НА). НА действует на мембраны гладкомышечных клеток, увеличивая проникновение ионов Са2+ в клетки и тем самым степень активации сократительных белков. Симпатические волокна имеют постоянную тоническую активность (разряд с частотой 1-3 с-1), о чем свидетельствует опыт Клода Бернара (перерезка симпатического нерва у кролика привела к тому, что сосуды, которые нерв иннервировал, значительно расширились). Эти волокна поддерживают тонус сосудов и действуют как вазоконстрикторы.

Парасимпатические нервы иннервируют сосуды наружных половых органов. Волокна активируются при половом возбуждении, выделяют медиатор ацетилхолин, что приводит к расширению сосудов, т.е. парасимпатические нервы действуют как вазодилататоры.

Влияние гормонов надпочечников. Катехоламины адреналин и норадреналин постоянно выделяются мозговым слоем надпочечников и циркулируют в крови. При этим 80% катехоламинов, секретируемых надпочечниками приходится на долю адреналина и лишь 20% -НА. Доля НА увеличивается при стрессе.

Адреналин может оказывать как сосудосуживающий, так и сосудорасширяющий эффект, НА - лишь сосудосуживающий. Разнонаправленность определяется наличием различных типов адренорецепторов - б и в. Эти рецепторы представляют участки мембраны сосудистых мышц с особым химическим строением. Возбуждение б-рецепторов сопровождается сокращением мускулатуры сосудов, а возбуждение в-рецепторов - расслаблением. НА действует преимущественно на б-рецепторы, адреналин - на оба типа. В большинстве сосудов есть оба типа рецепторов, при этом, если преобладают б-рецепторы, то адреналин вызывает их сужение, если - в-рецепторы - расширение. Порог возбуждения в-рецепторов - ниже, чем б-рецепторов. Поэтому, в низких концентрациях адреналин вызывает расширение сосудов, в высоких концентрациях (в стрессовой ситуации) - сужение.

8.4 Гемодинамические центры рефлекторной регуляции тонуса сосудов

В регуляции кровообращения принимают участие следующие центры.

1. Спинальные центры. Симпатические нейроны, аксоны которых образуют сосудосуживающие волокна, лежат в боковых рогах спинного мозга. В норме находятся под контролем вышележащих центров.

2. Стволовой (бульбарный) центр. Сосудодвигательный центр продолговатого мозга является основным центром поддержания тонуса сосудов и рефлекторной регуляции АД. Центр расположен на дне четвертого желудочка мозга. Его разделяют на прессорную и депрессорную зоны, которые частично перекрываются.

а). Депрессорная зона (лежит медиокаудально) снижает артериальное давление, уменьшая активность симпатических сосудосуживающих волокон и уменьшая сердечный выброс (ослабляет симпатическую стимуляцию сердца). Вблизи лежит кардиоингибирующая зона, которая действует через волокна блуждающего нерва (Х), идущие к сердцу. Ее активность ведет к уменьшению сердечного выброса.

б). Прессорная зона (лежит антеролатерально) повышает артериальное давление и сердечный выброс.

3. Центры гипоталамуса. Активация каудальных отделов гипоталамуса повышает активность симпатической системы (с соответствующими эффектами), что сопутствует реакции «борись или убегай» и ощущению тревоги. Активация ростральных отделов вызывает реакции обратной направленности, восстанавливает резервы организма. Таким образом, гипоталамус интегрирует вегетативные и моторные компоненты поведенческих реакций.

4. Кора головного мозга. Раздражение неокортекса (внешняя поверхность полушарий) вызывает преимущественно прессорные эффекты. Эти эффекты обеспечивают опережающие реакции при выполнении двигательных задач. Стимуляция палеокортеса (внутренняя поверхность полушарий) вызывает как прессорные (орбитальная область), так и депрессорные (поясная извилина) реакции.

Разнообразие этих реакций иллюстрировали опыты А. Экса. При провоцировании у испытуемых эмоции гнева АД росло, а пульс замедлялся. При вызове страха - АД падало, а частота пульса росла.

8.5 Прессорные и депрессорные рефлексы. Роль аортальной и синокаротидной зоны

Необходимую информацию о состоянии сосудистой системы мозговые центры получают от датчиков, находящихся в стенках крупнейших артерий. Чувствительные к давлению датчики - барорецепторы находятся в стенках аорты (аортальная зона) и сонных артериях, снабжающих кровью головной мозг (синокаротидная зона). Они реагируют не только на величину среднего АД, но и на скорость его прироста и амплитуду пульсового давления. Дифференцированная информация от датчиков поступает по нервным стволам в стволовой сосудодвигательный центр. Как отмечено выше, центр управляет артериальным и венозным тонусом, а также силой и частотой сокращений сердца. При отклонении от стандартных величин, например при снижении среднего АД, клетки центра посылают команду к симпатическим нейронам, и тонус артерий повышается (прессорный рефлекс). При избыточном АД симпатические нейроны тормозятся и АД падает (депрессорный рефлекс). Таким образом, система представляет собой ауторегуляторный механизм действующий по принципу замкнутой цепи обратной связи (рис. 7). (18-29) Сигналы от барорецепторов при кратковременных сдвигах АД вызывают рефлекторные изменения сердечного выброса и периферического сопротивления, и в результате восстанавливается исходный уровень давления.

Рис. 7

Барорецепторная система принадлежит к числу быстродействующих механизмов регуляции, ее воздействие проявляется в течение нескольких секунд. Мощность регуляторных влияний на сердце настолько велика, что сильное раздражение барорецепторной зоны, например, при резком ударе по области сонных артерий способно вызвать кратковременную остановку сердца и потерю сознания из-за резкого падения АД в сосудах головного мозга.

Особенность барорецепторов состоит в их адаптации к определенному уровню и диапазону колебаний АД. Феномен адаптации состоит в том, что рецепторы реагируют на изменения в привычном диапазоне давления слабее, чем на такие же по величине изменения в необычном диапазоне АД. Поэтому, если по какой-либо причине уровень АД сохраняется устойчиво повышенным, барорецепторы адаптируются к нему и уровень их активации снижается - данный уровень АД уже считается как бы нормальным. Такого рода адаптация происходит при гипертонической болезни, и вызываемое под влиянием применения медикаментов резкое снижение АД уже будет восприниматься барорецепторами как опасное снижение АД с последующей активацией противодействия этому процессу.

При искусственном выключении барорецепторной системы диапазон колебаний АД в течение суток значительно увеличивается, хотя в среднем остается в нормальном диапазоне благодаря наличию других регуляторных механизмов. В частности, столь же быстро реализуется действие механизма, следящего за достаточным снабжением клеток головного мозга кислородом. Для этого в сосудах головного мозга имеются специальные датчики, чувствительные к снижению напряжению О2 и повышению Н+ и СО2 в артериальной крови, - хеморецепторы (расположены в аортальной и каротидной областях, чувствительны также к никотину). Поскольку наиболее частой причиной снижения напряжения кислорода служит уменьшение кровотока из-за снижения АД, сигнал от датчиков поступает к высшим симпатическим центрам, которые способны повысить тонус артерий тела, а также стимулировать работу сердца (прессорные рефлексы). Благодаря этому АД восстанавливается до уровня, необходимого для снабжения кровью мозговых клеток.

Более медленно (в течение минут) действует третий механизм, чувствительный к изменениям АД - почечный. Его существование определяется условиями работы почек, требующих для нормальной фильтрации крови поддержания стабильного давления в почечных артериях. При снижении пульсового давления из-за различных причин почки вырабатывают свой гормон - ренин, который превращается в крови последовательно в ангиотензин I и II, последний оказывает сильное сосудосуживающее действие, и АД повышается. Ренин-ангиотензиновая система регуляции реагирует не столь быстро и точно, как нервная система, и поэтому даже кратковременное снижение АД может “запустить” образование значительного количества ангиотензина II и вызвать тем самым устойчивое повышение артериального тонуса.

Существует специальная форма гипертонической болезни, вызванная склерозом или сужением почечной артерии. В связи с этим значительное место в лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы принадлежит препаратам, снижающим активность фермента, превращающего ангиотензин I в II.

Кроме этих механизмов, непосредственно стабилизирующих давление, оно также может быть нормализовано через регуляторные механизмы, определяющие объем циркулирующей крови. Его величина в организме относительно постоянна и составляет около 7% массы тела. Регуляция объема крови также может осуществляться с различной скоростью. Быстродействующий механизм регуляции, реализуемый в пределах нескольких минут, осуществляется нервными клетками сосудодвигательного центра на основе информации, поступающей от рецепторов растяжения, находящихся в стенках предсердий. Выбор места установки датчиков, как и в случае барорецепторов, продиктован целесообразностью, они находятся в легкорастяжимых участках системы кровообращения, через которые проходит вся масса крови. Если степень растяжения стенок предсердий из-за недостаточного наполнения предсердий уменьшается, центр воспринимает этот сигнал как признак уменьшения объема крови. Для его восстановления могут быть использованы как повышение симпатического тонуса, так и выработка гипофизом гормона вазопрессина, обладающего антидиуретическим, то есть задерживающим выделение воды в почках, действием.

Другим эффективным и также быстро действующим механизмом регуляции объема циркулирующей крови является регуляция объема воды в тканях, осуществляющаяся через капиллярную сеть. Она основана на противодействии гидростатического давления, заставляющего воду поступать из крови в ткани, и онкотического давления белков плазмы, притягивающего воду обратно. Уменьшение объема циркулирующей крови, сочетающееся со снижением давления на входе в капилляры, будет ограничивать направленный в ткани поток воды, удерживать ее в сосудистом русле. При значительном снижении давления может происходить мобилизация воды из ткани с увеличением объема крови и повышением АД. Хотя данный механизм реализуется довольно быстро, стабилизация объема требует все же нескольких минут, потому что поступление воды в кровь снижает онкотическое давление в ней и для его выравнивания требуется уравновешивание во всей массе крови.

Еще медленнее осуществляется регуляция объема при включении предсердного гуморального механизма. Рецепторы растяжения стенки предсердий связаны с клетками, вырабатывающими пептид (простейший белок), который способен существенно ускорить выделение ионов натрия (и связанной с ним воды) в почках. При возрастании объема крови степень растяжения стенок увеличивается и вырабатываемый натрий-уретический пептид повышает выработку мочи, что способствует восстановлению объема крови. В связи с включением синтезирующего белок механизма, данный процесс длится несколько часов.

Все эти механизмы поддерживают систолическое АД на уровне 120 мм рт. ст., а диастолическое - 80 мм рт. ст. (норма для молодых здоровых людей). С возрастом АД повышается, причем систолическое давление - больше, что связано со снижением эластичности сосудов.