2 курс / Нормальная физиология / Методичка.Физиология

Надсегментарные уровни регуляции функций автономной нервной системы.

Часть аксонов интернейронов V пластины спинного мозга, к которым подходят афферентные волокна от внутренних органов, образует восходящие пути и заканчивается в вышележащих сегментах, а другая часть в составе неоспиноталамических трактов достигает нейронов латерального и медиального отделов задневентральных ядер таламуса.

Потоки возбуждений от внутренних органов по внутрицснтральным восходящим путям достигают ретикулярной формации среднего мозга, в которой диффузно распределены проекции афферентных висцеральных и соматических нервов. Поэтому от одной и той же точки можно регистрировать ответы, вызванные не только раздражением висцеральных, но и соматических чувствительных нервов. Взаимодействие соматических и висцеральных возбуждений активирует ретикулярные нейроны, которые оказывают нисходящие влияния на спинальные соматические и лреганглнонариые нейроны висцеральных рефлексов. Эти нисходящие влияния могу т носить возбуждающий или тормозным характер. Участие ретикулярной формации в регуляции вегетативных процессов опосредуется влиянием её структур на симпатический отдел автономной нервной системы, гипоталамические структуры и гипофиз.

По восходящим путям возбуждения достигаю!' ядер гипоталамуса, который является главным подкорковым центром интеграции висцеральных функций. Он управляет всеми гомеостатическими функциями организма, используя соматические, висцеральные и эндокринные механизмы. Информация об изменениях гомеостаза поступает в гипоталамус по восходящим епппобульбарным путям, а также от рецепторов, контролирующих химический состав, температуру, осмотическое давление крови, протекающей через капилляры гипоталамуса. Регуляция висцеральных функций г ипоталамусом осуществляется опосредованно через структуры автономной нервной системы, локализованные в ретикулярной формации ствола мозга и в снинном мозге.

Раздражение задней группы ядер гипоталамуса сопровождается расширением зрачков, увеличением частоты сердечных сокращений, увеличением артериального давления, торможением моторной и секреторной функций желудочно-кишечного тракта, увеличением содержания в крови адреналина и норадреналина, т. е. эффектами, характерными для акт ивации симпатической нервной системы.

Стимуляция же группы передних ядер гипоталамуса приводит к появлению реакций, характерных для активации парасимпатической нервной системы: сужение зрачка, уменьшение частоты сердечных сокращений, снижение артериального давления, усиление моторной и секреторной функции желудочнокишечного тракта и т. д.

Регуляция и интеграция гипоталамусом висцеральных функций осуществляется также через эндокринные механизмы (см. раздел "Общая физиология желез внутренней секреции").

81

1 лава 4. Автономная нервная система

Структуры .1 ямбического мозга тесно связаны с регуляцией висцеральных функций, что дало основание называть этот отдел мозга — висцеральным мозгом. Стимуляция любой из структур лимбического мозга (гиппокамп, миндалина, перегородка и др.) приводит к появлению висцеральных реакций — саливации, пилоэрекции, изменения функций сердечно-сосудистой системы, дыхания, терморегуляции и др. Управляя процессами поддержания констант внутренней среды организма, лимбическая система тем самым контролирует эмоциональное состояние и обеспечивает формирование адаптивного поведения.

Кора больших полушарий мозга является высшим интегративным центром регуляции процессов организма. В крое головного мозга чувствительные импульсы, идущие от внутренних органов, проецируются к первичным, вторичным сенсорным областям и к ассоциативным зонам. Так, информация от сердечной мышцы, идущая через симпатические афферентные пути в спинной мозг, адресуется билатерально к нейронам вторичной соматической зоны в передней эктосильвиевой извилине и к ассоциативным полям в области крестовидной борозды. Информация о состоянии сердечной мышцы передается и по афферентным волокнам блуждающего нерва. Их зоны проекции в коре совпадают с представительством симпатической иннервации.

Проекция шейных, грудных и поддиафрагмальиых ветвей блуждающего нерва регистрируются в области коронарной и ринальиой извилин, в поясной и глазничной извилинах.

Афферентные волокна, идущие в составе тазового парасимпатической) нерва проецируется во вторую соматическую зону и в ассоциативную зону в области крестовидной борозды.

Представи тельства симпатических и парасимпатических нервов находя тся в близко расположенных зонах коры, что обеспечивает четкую координацию процессов управления висцеральными функциями.

Проекции висцеральных и соматических афферентных нервов также имеют зоны перекрытия на уровне специфических ядер таламуса и в коре: на представительство чревного нерва проецируются афферентные ну ги от кожи туловища, блуждающего нерва - кожи плечевого пояса, тазового нерва от нижних конечностей. Таким образом, на этих уровнях происходит взаимодействие висцеральных и соматических возбуждений, что отражается на процессах восприятия информации от внутренних органов.

Явление конвергенции соматических и висцеральных афферентных возбуждений наблюдается и в других отделах ЦНС. В целом, близкая локализация зон проекции соматических и висцеральных структур, а также конвергенция их афферентных возбуждений является основой интеграции висцеральных и соматических функций в процессе организации как рефлекторных ответов, так и целенаправленного поведения.

82

Адаптационно-трофическая функция симпатической нервной системы.

Наибольшие и разнообразные влияния на вегетативные функции оказывает кора лобных долей, в то время как кора двигательных областей в основном влияет на те функции, которые тесно связаны с мышечной деятельностью, например, на работу сердца и тонус сосудов, что отражает роль двигательной коры в интеграции соматических и вегетативных центров.

Корковые влияния могут быть прямыми - через волокна пирамидного пути, или косвенными - опосредованно через ретикулярную формацию, гипоталамус и гипофиз. Академиком К. М. Быковым разработана концепция кортико - висцеральных отношений, согласно которой кора больших полушарий модулирует деятельность подкорковых структур, имеющих непосредственное отношение к регуляции вегетативных функций.

На функции автономной нервной системы оказывает сущест венное влияние мозжечок. Выраженные влияния мозжечка на вегетативные процессы тесно сопряжены с двигательными соматическими процессами, а также обусловлены его связями с высшими центрами регуляции функций автономной нервной системы, желез внутренней секреции. Показано, что мозжечок влияет на деятельность сердца, величину артериального давлеггия, глубину и частоту дыхания, на моторную, секреторную и всасывательную функции пищеварительного тракта, на процессы желчеобразования и другие висцеральные функции. При повреждении мозжечка нарушается белковый, липидпый и углеводный обмегг, процессы терморегуляции и кроветворения.

Адаптационно-трофическая функция симпатической нервной системы.

Экспериментально было показано, что работоспособность утомленной скелетной мышцы повышает ся, если одновременно раздражается ее симпатический нерв. Сама по себе стимуляция симпатических волокон не вызывает сокращения мышцы, по изменяет- состояние мышечной ткани- -повышает ее восприимчивост ь к соматическим нервным импульсам.

Влияние симпатической нервной системы реализуется за счет действия медиаторов адреналина и норадреналина. Они достигают моторных пластин и мышечных волокон путем диффузии. Эти вещества восстанавливают и облегчают нервно-мышечную передачу, увеличивают выделение ацетилхолина волокнами двигательных нервов. Медиаторы участвуют также а мобилизации энергетических ресурсов клеток, оказывая влияние на различные пути метаболизма: растет потребление кислорода, увеличивается содержание АТФ, креатинфосфата, гликогена. Медиаторы симпатической системы могут увеличивать силу мышечного сокращения путем увеличения транспорта кальция из его внутриклеточных депо в саркоплазму мышечной клетки.

Наряду с этим, было также обнаружено, что стимуляция симпатических волокон может значительно изменить возбудимость рецепторов, функциональ-

83

1 лава 4. Автономная нервная система

ные свойства ЦНС. На основании этих и многих других фактов Л. А. Орбели создал представление об адаптационно-трофической функции симпатической нервной системы. Согласно этому представлению симпатические влияния не сопровождаются непосредственно видимым действием, но значительно повышают адаптивные возможности эффектора. Так, симпатическая нервная система активирует деятельность нервной системы в целом, активирует защитные силы организма (иммунные процессы, барьерные механизмы, свертывание крови), процессы терморегуляции. Ее возбуждение происходит при любых стрессовых состояниях и служит первым звеном запуска сложной цепи гормональных реакций.

Особенно ярко участие симпатической нервной системы обнаруживается в формировании эмоциональных реакций человека, независимо от причин, их вызывающих. Так, например, радость сопровождается тахикардией, расширением сосудов кожи, а страх—замедлением сердечного ритма, сужением кожных сосудов, потоотделением, изменением перистальтики кишечника. Гнев вызывает расширение зрачков.

Следовательно, в процессе эволюционного развития симпатическая нервная система превратилась в инструмент мобилизации всех ресурсов (интеллектуальных, энергетических и др.) организма как целого в тех случаях, когда возникает' угроза самому его существованию.

Мобилизующая роль симпатической нервной системы опирается на обширную систему ее связей, позволяющую посредством мультипликации импульсов в многочисленных нре- и паравертебральных ганглиях мгновенно вызывать генерализованные реакции практически всех органов и систем организма. Существенным дополнением к ним является и выброс в кровь из надпочечников адреналина, который вместе с ней образует снмпато-адрснаповую систему.

Возбуждение симпатической нервной системы приводит к изменению гомсоетатичсских констан т организма, что выражается в повышении кровяного давления, выходе крови из депо, поступлении в кровь ферментов, глюкозы, повышении метаболизма тканей, снижении мочеобразования, угнетении функции пищеварительного тракта и т. д. Поддержание постоянства этих показателей целиком ложится на парасимпатический и метасимпатпчсскнй отделы.

Таким образом, в сфере управления симпатической нервной системы находятся в основном процессы, связанные с расходом энергии в организме, а парасимпатической и метасимпатической - с ее кумуляцией.

84

Адаптационно-трофическая функция симпатической нервной системы.

ГЛАВА 5. ФИЗИОЛОГИЯ ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ

(информационных молекул). Гуморальный механизм является древнейшей формой регуляции, совершенствовавшейся по мере эволюции живого организма. В организме человека и высших животных присутствуют различные варианты его реализации.

Неспецифаческим. вариантом гуморальной регуляции является местная регуляция, которая реализуется посредством креаторных связей, метаболитов, тканевых гормонов. Формами местного управления являются аутокринная — изменение работы клеток, из которых происходит выделение регуляторных факторов, паракринная — действие регулирующих веществ через интерегициальную жидкость на клетки, расположенные в пределах этой же ткани.

Креаторные связи обеспечиваю'!' объединение клеток в ткань, управление дифферепцировкой, ростом, развит ием и функционированием отдельных клеток с помощью медиаторов межклеточного взаимодействия (цитокинов, факторов роста, кейлонов), адгезивных и клеточно-матриксных молекул.

Метаболиты - продукты обмена веществ. Например, накапливающаяся при физической работе молочная кислота вызывает расширение сосудов, приносящих к мышце кровь, и тем самым увеличивает снабжение мышцы кислородом, по одновременно вызывает'уменьшение силы мышечного сокращения.

Тканевые гормоны биологически активные вещества, которые могут изменять величину мембранного потенциала клеток, регулировать процессы энергетического обмена, интенсивность образования вторичных посредников, вызывать сдвиги кровоснабжения т кани. К их числу относятся, например, биогенные амины (гистамин, серотонин), кинины, эндотелии, лейкотриены, нростагландипы. Эти вещества, образуясь в тканях, действуют ауто- и паракрипно. Некоторые из них могут проникат ь в кровь и действоват ь телекриино, то есть системно, оказывая наряду с местным действием еще и регионарные регуляторньге влияния или даже вызывать генерализованные эффекты. Тканевые гормоны реализуют регуляторные эффекты на клетки через специализированные клеточные рецепторы мембран. Они являются также модуляторами регуляторных влияний, так как регулируют чувствительность клеток к нервным и гормональным воздействиям путем изменения количества клеточных химических рецепторов и их сродства к различным информационным молекулам.

Образование тканевых гормонов осуществляется преимущественно неспециализированными клетками.

85

Глава 5. Физиология эндокринной системы

Специализированный вариант регуляции осуществляется с помощью биологически активных веществ - гормонов (инкретов), образующихся в специальных клетках и действующих телекриино (эндокринно) - дистантно через кровь. Эти клетки могут быть расположены:

-компактно в железах внутренней секреции (эндокринных железах), которые не имеют выводных протоков и выделяют секрет непосредственно в межклеточное пространство, откуда он поступает в кровь, лимфу, церебральную жидкость; к их числу относится гипофиз, эпифиз, щитовидная и околощитовидные железы, надпочечники;

-компактно в виде скопления клеток (островков) в железах смешанной секреции., выполняющих наряду с эндокринной и другие функции; к числу таких желез относятся гипоталамус, поджелудочная, вилочковая, половые железы, плацента (временная железа);

-диффузио в различных органах и тканях-, продуктами деятельности эт их клеток являются гормоноподобные вещества - пептиды; совокупность таких эндокринных клеток получила название - «диффузная эндокринная система» (ДЭС); около 50% клеток ДЭС локализовано в желудочно-кишечном тракте;

-в органах, клетки которых наряду с их основной функцией обладают способностью синтезировать и выделять БАВ. Так, например, миоциты предсердий наряду с сократительной функцией образуют и секрет ируют иатрийуретический пептид, клет ки эпит елия сосудов - эндотелии, клет ки почек - эритропоэтин.

Эндокринные железы подразделяются на группы. По выраженности их морфологической связи с ЦПС они делятся на центральные (гипоталамус,

гипофиз, эпифиз) и периферические (щитовидная, половые железы и др.), а по функциональной зависимости от гипофиза, которая реализуется через его тропные гормоны, на гипофизозависимыс и гипофизонсзависимые.

" Гуморальный механизм управления предполагает' интеграцию всего комплекса структур, продуцирующих БАВ, пептиды, метаболиты, гормоны, медиаторы и модуляторы, в единый механизм, способный обеспечить адаптацию организма в широком диапазоне изменений окружающей среды.

Методы исследования желез внутренней секреции.

1. Полное или частичное хирургическое удаление или химическое торможение той или иной железы. Например, аллоксан может избирательно блокировать бета-клетки островкового аппарата поджелудочной железы, которые секретируют инсулин.

2. Наблюдение последствий введения экстрактов эндокринных желез, химически чистых гормонов или гормональных препаратов интактному животному или животному после удаления железы внутренней секреции, а также

86

Характеристика биологически активных веществ.

пересадка в организм животного ткани этой железы, т. е. исследование эффекта избытка и эффекта замещения дефицита гормона.

3.Создание общего кровообращения двух организмов (сращивание), у одного из которых повреждена или удалена та или иная железа внутренней секреции.

4.Сравнение физиологической активности крови, притекающей к железе

иоттекающей от нее.

5.Определение содержания гормонов и их метаболитов в плазме крови, спинномозговой жидкости биологическими и химическими методами.

6.Изучение механизмов биосинтеза гормонов с помощью радиоактивных изотопов. Эта методика позволяет не только изучать синтез гормона, но и локализовать место этого синтеза в железе.

7.Изучение химической структуры гормона и его искусственный синтез.

8.Исследование больных с недостаточной или избыточной функцией той или иной железы и последствий хирургических операций, проведенных у этих больных с лечебными целями.

9.Раздражение нервов, иннервирующих железу.

10.Денервация железы.

11.Метод условных рефлексов.

12.Функциональные нагрузочные пробы (например, определение толерантности к глюкозе).

Характеристика биологически активных веществ.

Биологически активные вещества, подразделяются на несколько групп. Гормоны - вещества, выделяемые специализированными эндокринными

клетками в кровь, и оказывающие специфическое действие на друг ие орг аны и ткан и.

Гормоноподовпые вещества (парагормоны, мест ные гормоны и т. д.) — вырабатываются клетками диффузной эндокринной системы, а также неспециализированными эффекторными клетками. Выделяются в интсрстициальную жидкость и кровь. Оказывают' местное и общее действие. Гормоноиды выделяют, например, клетки желудочно-кишечного тракта (серотонин - хромофильные клетки), соединительной ткани (гепарин и гистамин - выделяют тучные клетки), почек (ренин), семенных пузырьков (ггростаглаидины).

Нейрогормоны - вырабатываются нервными клетками гипоталамуса и секретируются в кровь, оказывая специфическое действие на органы и ткани, например, вазопрессин и окситоцин.

Нейромедиаторы - вырабатываются нервными клетками, участвуют в передаче возбуждения в синапсах, после чего всасываются в кровь и могут оказывать специфическое действие на органы и ткани.

87

Глава 5. Физиология эндокринной системы

Нейромодуляторы - вырабатываются нервными клетками, регулируют процесс передачи возбуждения в синапсах.

По химической природе различают гормоны:

•стероидные (гормоны коры надпочечников, половые гормоны);

•производные аминокислот (норадреналин, адреналин, гормоны щитовидной железы);

•производные жирных кислот (простагландины);

•белковые (инсулин, глюкагон, паратгормон);

•пептидные (ренин, соматостатин, вазопрессин).

Гормоны последних двух групп обладает видовой специфичностью, их нельзя вводить в чистом виде людям, т.к. при этом могут возникнуть иммунные реакции и аллергия.

По функциональным признакам гормоны делят на группы:

-гипофизотропные гормоны, которые вырабатываются в гипоталамусе и регулируют образование гормонов в аденогипофизе;

-гландулотропные гормоны, которые вырабатываются в аденогипофизе и регулируют образование гормонов в периферических эндокринных железах; к ним относятся тиреотропный, адренокортикотропный, гонадотропные и другие гормоны;

-эффекторные гормоны оказывают влияние непосредственно на клеткимишени; к ним относятся вазопрессин и окситоцин, ст ероидные г ормоны коры надпочечников и половых желез, адреналин, тирсоидные гормоны.

По эффекту физиологического действия гипофизотропные гормоны дифференцируют на:

-либерины (например, тиролиберин), которые стимулируют выработку тронных гормонов в аденогипофизе;

-статины (ингиби тор-гормоны), которые тормозя т этот процесс (например, соматостатин).

Гормоны характеризуются общими биологическими свойст вами:

•дистантност ью действия;

•высокой специфичностью;

•высокой биологической активностью •••• незначительные количества гор-

монов могут вызывать изменение функций орг анизма;

• быстрой инактивацией.

Действие гормонов реализуется через специфические рецепторы клеток и приводит к изменению обменных процессов в организме, что в последующем проявляется в характере физического, полового и умственного развития, адахгтации органов и систем организма к меняющимся условиям их существования, обеспечении поддержания гомеостаза. Различают следующие типы влияний гормонов:

88

Характеристика биологически активных веществ.

•метаболическое - изменение активности ферментов и, следовательно, обмена веществ;

•морфогенетическое - влияние на формообразовательные процессы, дифференцировку, рост, развитие клеток;

•кинетическое - стимуляция определенной деятельности исполнительных органов;

• корригирующее - изменение интенсивности функций органов и тканей;

•реактогеиное - изменение реактивности ткани к действию того же или других гормонов, например, гормоны щитовидной железы усиливают эффекты катехоламинов;

•поведенческое — влияние на течение основных нервных процессов, память, эмоции, поведение.

Механизм действия гормоном. Механизм действия гормонов зависит от их строения и свойст в. Жирорастворимые гормоны (тиреоидные, ст ероидные) легко проникают' через фосфолипидный матрикс мембран и взаимодействуют с рецепторами, находящимися в цитозоле или в структурах ядра клетки. Это приводи т к транскрипции генов, вызывающей изменения синтеза клеточных белков и физиологического ответа клетки. Данный механизм называют цитоюлыш-ндериым, или прямым. Примером могут служить эффекты дейст вия андрогепов, которые усиливают синтез сократительных белков, стимулируют половое и аг рессивное поведение, участвуют- в формировании социальной иерархии. Действие гормонов с цитозольно-ядерпым механизмом развивается относительно медленно, по характеризуется большой продолжительностью.

Водорастворимые гормоны взаимодействуют с рецепторами мембран, от

которых сигнал передает ся па фермент ные системы последних. Это приводит к образованию вторичных посредников, таких как ионы кальция, циклический аденозипмопофосфат (цЛМФ), циклический гуапозипмонофосфат (цГМФ), инозитолтрифосфат и диацилглицерол, влияющих на активность внутриклеточных ферментов, благ одаря чему изменяется физиологический ответ' клетки. Такой механизм действия гормонов называют' мембраиио-рецепториым, или косвенным. Дейст вие гормонов с данным механизмом развивается быстро, но и быстро заканчивается.

Эффекты действия г ормонов могу т изменяться в результате различных вариантов их взаимодействия.

Некоторые гормоны обладают однонаправленным действием или синергизмом влияний. Например, адреналин и глгокагон активируют расщепление гликогена в печени до глюкозы и вызывают повышение содержания сахара в крови.

Другие гормоны демонстрируют антагонизм влияний. Например, инсулин и адреналин оказывают противоположное действие на уровень глюкозы в крови: инсулин - гипогликемию, адреналин - гипергликемию. Од-

89

Глава 5. Физиология эндокринной системы

нако это пример относительного, а не абсолютного антагонизма в организме. В естественных условиях в результате одновременного действия этих гормонов происходит улучшение углеводного питания тканей: адреналин способствует превращению резервного гликогена печени в глюкозу, которая поступает в кровь, а инсулин обеспечивает проникновение глюкозы к клеткам и дальнейшую ее утилизацию.

Существует пермисснвное (разрешающее) действие гормонов. Оно выражается в том, что гормон, не вызывая физиологического эффекта сам, усиливает или создает условия для действия других гормонов на клетки и органы. Таким действием обладают, например, глюкокортикоиды в отношении адреналина. Сами глюкокортикоиды не влияют ни на тонус гладких мышц сосудов, ни на распад гликогена печени, но они создают условия, при которых даже низкие (подпороговые) концентрации адреналина повышают артериальное давление и вызывают гипергликемию как результат гликогенолиза в печени. Аналогичным эффектом обладает инсулин но отношению к соматотропину.

Жизненный цикл гормонов.

Гормоны в организме подвергаются следующим преобразованиям: синтезу, секреции, транспорту, разрушению. Гормоны от места их секреции транспортируются кровью в следующих состояниях:

« свободном (не более 10%);

• связанном с белками крови (70 80%);

• адсорбированном на форменных элемен тах крови (5 10%).

Связанная или адсорбированная форма гормонов позволяет регулировать содержание гормонов по уровню их свободной фракции. Помимо этого, связанные гормоны это депо (физиологический резерв), переход из которого в свободную фракцию происходит' по мере снижения их концентрации. Связанная форма гормонов защищена от действия ферментов. Комплексировапие гормонов с белками препятствует' фильтрации низкомолекулярных гормонов в почках и, следовательно, предотвращает их потери с мочой.

Гормоны очень быстро разрушаются в тканях, в частности, в печени. Поэтому для поддержания достаточной концент рации гормонов в крови и обеспечения их длительного действия, необходимо постоянное поступление гормонов в кровь из соответствующей железы. Длительность периода полураспада гормона (время, необходимое для расщепления половины от количества имеющегося гормона) колеблется от нескольких минут до нескольких часов. Наиболее полная химическая деградация белковых, пептидных и аминокислотных гормонов происходит в печени путем их дезаминирования и метилирования, стероидных гормонов - путем декарбокенлирования. Экскреция гормонов из организма осуществляется в виде инактивированных (90%) и активных (10%)

90