Каковы особенности электрических синапсов (эфапсов)?

Таких особенностей (по сравнению с химическими синапсами) несколько:

• в электрических синапсах и пресинаптическая, и постсинаптическая структуры относятся к нервной ткани;

• в пресинаптическом аппарате не синтезируется и не накапливается медиатор, а значит, и не выделяется через пресинаптическую мембрану в синаптическую щель:

• на постсинаптической мембране нет белков-рецепторов, закрывающих ионные каналы и чувствительных к медиатору;

• ширина синаптической щели составляет 2-4 нм, то есть она в 10-20 раз меньше, чем в химических синапсах;

• постсинаптическая мембрана электровозбудима, так же как и пресинаптическая мембрана, то есть здесь есть «быстрые» натриевые каналы, а значит, возможно достижение критического уровня деполяризации и возникновение потенциала действия (возбуждения).

Каков механизм передачи возбуждения в электрических синапсах?

В электрических синапсах принципиально иной механизм передачи возбуждения

Дело в том, что в химических синапсах при возбуждении пресинаптической мембраны лишь 1% локальных токов достигает постсинаптической мембраны. Такая плотность тока чрезвычайно мала для деполяризации постсинаптической мембраны. В электрических синапсах в связи с очень небольшим расстоянием между пре- и постсинаптической мембранами значительная часть локальных токов, возникших при деполяризации пресинаптической мембраны, достигает постсинаптической мембраны и плотность их достаточна, чтобы на постсинаптической мембране возникло возбуждение.

Особенности проведения возбуждения через синапс

• задержка проведения возбуждения, так как затрачивается дополнительное время на выделение медиатора в синаптическую щель и его контакт с постсинаптической структурой (в среднем 0,5-1 мс.);

• одностороннее проведение возбуждения, т.к. медиатор выделяется из пресинаптического аппарата, а чувствительные к нему белки-рецепторы закрывают ионные каналы на постсинаптической мембране;

• возможна передача не только процесса возбуждения, но и торможения;

• возможно развитие процесса утомления (см. тему «Свойства нерв-ных центров» в учебнике по нормальной физиологии) из-за недостатка медиатора или снижения возбудимости постсинаптической мембраны;

• возможно усиление или ослабление сигнала при прохождении через синапс, причинами которого могут быть следующие:

а) частота и амплитуда потенциалов действия на пре- и постсинап-тической мембране не обязательно должны совпадать;

б) слабые сигналы вообще могут не передаваться через синапс;

в) может возникнуть эффект последействия за счет повышения возбудимости постсинаптической мембраны (см.тему «Свойства нервных центров» в учебнике по нормальной физиологии);

г) может развиться пессимальное торможение

• низкая лабильность химического синапса.

В смешанных синапсах возможны оба способа передачи возбуждения, так как их структура позволяет реализовать и химический, и электрический способ передачи возбуждения.

8. Основные формы регуляции физиологических функций. Взаимосвязь нервных и гуморальных факторов регуляции. Понятие о нейросекреции. Роль гормонов в организме.

Регуляция – минимизация отклонений функций или их активное изменение с целью обеспечения деятельности органов и систем во взаимодействии с окружающей средой

Все физиологические процессы, протекающие в различных органах и тканях, все функции тканей, органов и систем в целостном организме регулируются, то есть находятся под постоянным контролем, постоянно координируются, согласуются друг с другом.

Регуляция:

- по цели: саморегуляция, гомеостатическая, адаптивная

- по природе регуляторных воздействий: гуморальныйинервныймеханизмы.

В основе гуморального механизмарегуляции лежит воздействие на клетки химических веществ различного происхождения и различной степени сложности, находящихся вовнутренней среде организма(кровь, лимфа, тканевая жидкость, ликвор): регуляция за счет продуктов метаболизма (обмена веществ); например, накопление в крови угольной кислоты стимулирует работу дыхательного центра; регуляция за счет гормонов и гормоноподобных веществ (БАВ – гистамина, серотонина, брадикинина и др.), вырабатывающихся эндокринными железами или эндокринными клетками, находящимися в различных органах и тканях.

Для гуморальной регуляции характерен ряд особенностей:

• широкая область действия регулирующего фактора; на каждое химическое вещество реагируют только клетки-мишени

• медленное (постепенное) развитие максимального эффекта от действия раздражителя.Это происходит потому, что химическое вещество (например, гормон) должен выделиться из железы в кровь, с током крови подойти к клетке, проникнуть в нее;

• продолжительность реакции рабочего органа на действие регулирующего фактора.Это происходит потому, что каждое химическое вещество (например, гормон) появляется в крови в определенной, но каждый раз в разной концентрации и имеет определенный срок активности (далее разрушается или выводится из организма).

Благодаря рефлекторнымдугам осуществляется нервная регуляция физиологических процессов. Для нервной регуляции характерны некоторые особенности:

• ответная реакция на действие раздражителя носит локальный характер;это происходит потому, что эфферентные нервы имеют строго определенную зону распространения и не могут достичь одновременно отдаленных друг от друга органов;

• ответная реакция развивается гораздо быстрее, по сравнению с гуморальной регуляцией;

• ответная реакция на действие раздражителя кратковременнаи проявляется только в то время, пока он действует.

Нервная регуляция обеспечивает быстроту включения в работу основных тканей или органов, участие которых, прежде всего, необходимо в данной реакции, а гуморальная регуляция обеспечивает необходимую продолжительность реакции, и, кроме того, вовлекает в работу другие органы и ткани.

Взаимосвязь нервной и гуморальной регуляции:

- нервные механизмы способны влиять на гуморальные: например синапс

- взаимосвязь НС и желёз внутренней секреции: гипоталамо-гипофизарная система, выработка гормонов в ЦНС, симпатоадреналовая система, иннервация желёз

- влияние гуморальных факторов на нервные: медиаторы, нейропептиды, гормоны

Нейросекреция – способность нейронов секретировать нейрогормоны (например, гипоталамус – вазопрессин, рилизинг-факторы)

БАВ желез внутренней секреции называют гормонами. Гормоны разносятся кровью по всему организму и оказывают влияние на функции многих систем органов и на жизнедеятельность организма в целом. Гормоны регулируют процессы обмена веществ, роста и развития. Некоторые гормоны влияют на функции преимущественно одной какой-либо системы органов. Например, половые гормоны стимулируют рост и развитие системы органов размножения. Работа желез внутренней секреции строго согласована. Повышенная или пониженная выработка гормона какой-либо одной железой стимулирует или угнетает функцию другой.

8. Понятие о гомеостазе и гомеокинезе. Саморегуляторные принципы поддержания постоянства внутренней среды организма.

Гомеостаз - Относительное динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и основных физиологических функций (кровообращения, дыхания, обмена веществ) человека и животных

Гомеокинез - Процесс постоянного изменения констант организма в процессе обмена веществ и постоянного же возвращения их к нормальному для данных условий уровню

Регуляция преследует две основные цели:

• поддержание постоянства работы клеток, органов, тканей и систем организма при нормальных не изменяющихся условиях среды. Такую регуляцию называют гомеостатической;

• приспособление организма, его систем, органов, тканей и клеток к изменяющимся условиям внешней или внутренней среды; такую регуляцию называют адаптивной(адаптация – приспособление).

Саморегуляция – в интересах органа, ткани (например, закон сердца)

16.Рефлекторный принцип регуляции (Р.Декарт, Г.Прохазка), его развитие в трудах Сеченова, Павлова, Анохина. Понятие о рефлексе и рефлекторной дуге. Классификация рефлексов.

Декарт сформулировал принцип рефлекторной регуляции нервной системы.

Сеченов – «Рефлексы головного мозга» - все акты сознательной и бессознательной деятельности – рефлексы головного мозга – теоретические утверждения.

Практически доказал И.П. Павлов: объективно изучил поведение животных в зависимости от воздействий на организм => физиология высшей нервной деятельности

В основе нервного механизма регуляции лежит механизм рефлекса.Поэтому нервную регуляцию часто называютрефлекторной.Рефлекс – это ответная реакция целостного организма на действие раздражителя (из внешней или внутренней среды) и реализуемая посредством нервной системы.

В типичном рефлексе участвуют три нейрона:

• афферентный (сенсорный), по которому информация поступает в центральную нервную систему (ЦНС);

• эфферентный (двигательный, моторный), по которому информация идет от ЦНС к рабочему органу;

• вставочный (контактный, интернейрон), который связывает афферентный и эфферентный нейроны, при этом происходит передача возбуждения. В рефлексе могут участвовать несколько (цепочка) вставочных нейронов. Но в ряде случаев рефлекс осуществляется без вставочных нейронов , то есть посредством только афферентного и эфферентного нейронов.

Цепь, состоящая из этих нейронов (двух, трех или более) образует структурное образование – рефлекторную дугу.Рефлекторная дуга – это материальный субстрат, по которому проходит процесс возбуждения в процессе реализации рефлекса. С точки зрения физиологии рефлекторная дуга понятие более сложное, чем структура, состоящая из нейронов. В настоящее время в рефлекторной дуге выделяют 6 самостоятельных звеньев:

• 1^е звено –рецептор,то есть высокочувствительное окончание сенсорного нейрона, в котором происходит трансформация энергии раздражителя в биоэлектрический сигнал (неправильно говорить, что в рецепторе происходит процесс восприятия!). Кроме того, в рецепторе происходиткодирование(зашифровка в последовательности импульсов) силы и продолжительности действия раздражителя.

• 2^е звено – центростремительное (афферентное, чувствительное). Оно представлено сенсорным нейроном, задачей которого является доставка информации (без искажения ее) от рецептора до первого вставочного нейрона ЦНС.

• 3^е звено – центральное звено.Оно включает в себя один или несколько (цепочка) вставочных нейронов, тела которых находятся в сером веществе спинного или головного мозга. Для рефлексов, реализуемых через вегетативную нервную систему, центральным звеном будут являться нейроны, располагающиеся в вегетативных ганглиях (симпатических или парасимпатических).

• 4^е звено – центробежное (эфферентное, двигательное). Оно представлено моторными нейронами, тела которых располагаются в ЦНС, а их длинные отростки (аксоны) несут информацию к рабочему органу, включая его в работу.

• 5^е звено – рабочий орган. Им может быть скелетная мышца, в результате чего возникнет двигательная реакция или гладкая мышца, в результате сокращения которой возникнет сужение сосуда (или сокращение кишки, выводного протока). Рабочим органом может быть сердечная мышца, и в результате возникнет усиление работы сердца. Но рабочим органом может стать и железистая ткань, что приведет к усилению отделения слюны, желудочного сока, слез и др.

• 6^е звено. Об этом звене рефлекторной дуги известно с двадцатых годов прошлого столетия. Этообратная связь (обратная информация, обратная афферентация)с рабочего органа в ЦНС, информирующая мозг о степени совершения действия, о том достигнут ли полезный приспособительный результат. Информация о достижении (или не достижении) полезного результата может быть получена и за счет импульсов, поступающих в мозг с других анализаторов (зрительного, слухового, обонятельного и др.).

Классификация рефлексов:

- по уровню замыкания рефлекторной дуги: классические(замыкаются в ЦНС), периферические(периферические ганглии вегет. НС), аксон-рефлексы (напр. кожа и кров. сосуды в ней)

- по способу замыкания: моносинаптические (коленный), полисинаптические

- по происхождению: условные, безусловные

- по типу рецепторов: экстрацептивные, интрацептивные

- по характеру ответной реакции: двигательные, секреторные, сосудистые

- по биозначению: пищевые, половые, защитные и т.д.

17. Функциональная организация нервных центров, их свойства. Особенности распространения возбуждения в ЦНС.

В рефлекторной дуге особое положение занимает центральное звено, представленное нервным центром.

Нервный центр- совокупность нейронов, обеспечивающих регуляцию определенной функции или осуществление рефлекторного акта

Организация нервного центра: центральная зона (15-20%) - больше синаптических терминалей от вставочных нейронов; подпороговая кайма -

Свойстваминервных центров мы будем считать следующие:

1. одностороннее проведение возбуждения; (химическая природа синапса)

2. задержка проведения возбуждения;

3. суммация; возникновение возбуждения в нервном центре при поступлении к нему нескольких допороговых импульсов, каждый из которых в отдельности не может вызвать возбуждения – пространственная и временная суммация

4. облегчение; увеличение количества возбужденных нейронов в нервном центре (по сравнению с ожидаемым) при одновременномпоступлении к нему возбуждения не по одному, а по двум или более афферентным входам

5. окклюзия; уменьшение количества возбужденных нейронов в нервном центре (по сравнению с ожидаемым) при одновременном поступлении к нему возбуждения не по одному, а по двум или более афферентным входам

6. мультипликация; по разветвлениям аксона вставочного нейрона возбуждение поступает одновременно не на один, а на несколько моторных нейронов

7. трансформация; изменение частоты импульсов на выходе из нервного центра по сравнению с частотой импульсов на входе в нервный центр.

8. последействие; продолжение возбуждения моторного нейрона в течение некоторого времени после прекращения действия раздражителя.

9. посттетаническая потенциация - будет тем больше, чем более частыми импульсами мы раздражали афферентный нерв. Подобный эффект может длиться от нескольких минут до нескольких часов.

10. утомление; уменьшение или прекращение импульсной активности нервного центра в результате длительной стимуляции его афферентными импульсами (или произвольного вовлечения его в процесс возбуждения посредством импульсов, идущих из коры больших полушарий)

11. тонус; длительное, умеренное возбуждение нервного центра без видимого утомления.

12. высокая чувствительность к изменению состояния внутренней среды организма; из-за чувствительности нейронов к гипоксии, глюкозе и т.д.

13. пластичность - способность изменять при определенных обстоятельствах свои функциональные свойства

18. Торможение в ЦНС (И.М.Сеченов), его виды и роль. Современное представление о механизмах центрального торможения.

Торможение – это активный физиологический процесс, который обеспечивается работой нейронов и заключается в подавленииили предотвращениипроцесса возбуждения. Торможение всегда возникает как следствие процесса возбуждения.

Впервые процесс торможения был продемонстрирован немецкими учеными – братьями Веберами (1845), наблюдавшими резкое замедление работы сердца после раздражения блуждающего нерва. Торможение в ЦНС было открыто русским физиологом И.М.Сеченовым (1863), который увидел резкое увеличение времени рефлекторных реакций после раздражения определенных структур головного мозга. В практикумах по нормальной физиологии этот опыт описан как наблюдение «центрального торможения» или «Сеченовского торможения».

Торможение – один из наиболее важных принципов координации рефлекторной деятельности, так как в его отсутствие работа ЦНС, а значит, и всего организма потеряла бы целесообразность. Торможение по-разному проявляется в различных структурах ЦНС, и поэтому выделяют различные его виды.

Как классифицируют различные виды торможения?

Торможение всегда связано с взаимодействием нейронов.

В зависимости от участия или неучастия специальных тормозных нейроноввыделяют:

1. первичное – реализуется с помощью тормозных нейронов;

2. вторичное – реализуется с помощью возбуждающих нейронов.

В зависимости от локализации процесса торможение может быть:

1. постсинаптическое;

2. пресинаптическое.

В зависимости от направления распространения процесса торможениявыделяют:

1. прямое – торможение поступательно распространяется на последующую структуру

2. возвратное – с помощью тормозного нейрона торможение «возвращается» на нейрон, вызвавший распространение процесса возбуждения (рис.10Б); имеет большое значение в ограничении процесса возбуждения в различных нервных центрах, препятствует его иррадиации;

3. латеральное – оно ограничивает распространение возбуждения в разные стороны от главного направления распространяющегося процесса возбуждения, то есть создает зону торможения вокруг возбуждения (рис.10В); это торможение играет важную роль в работе анализаторов, ограничивает процесс иррадиации возбуждения и др.;

4. реципрокное – это торможение мы рассмотрим в ответе на вопрос 28.

заключается сущность постсинаптического торможения:

Постсинаптическое торможение развивается в результате того, что постсинаптическая мембрана некоторых нейронов теряет свою возбудимость и в связи с этим не может реагировать возбуждением на поступающие к ней импульсы . Эти нейроны выключаются из работы, и, тем самым, подавляется или предотвращается распространение возбуждения в центральной нервной системе. Известно два механизма подобного торможения.

Первый механизм.В основе его лежит первичное торможение.Среди множества нейронов в ЦНС есть тормозные нейроны. При их возбуждении из пресинаптических терминалей аксонов выделяется медиатор, который не деполяризует, агиперполяризуетпостсинаптическую мембрану (возникает ТПСП). Такими медиаторами могут бытьβ-глицин,α-аланин, таурин, ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), АХ, дофамин и др. Эти тормозные медиаторы вступают в контакт с теми белками-рецепторами, которые закрывают на постсинаптической мембране калиевые или хлорные каналы. В результате такого контакта эти каналы открываются и ионы К⁺или СI^-переходят через мембрану по градиенту концентрации. При этом калий движется по направлению из клетки, а хлор, наоборот, в клетку. Перемещение этих ионов вызывает гиперполяризацию постсинаптической мембраны, а значит, снижение ее возбудимости. Такая мембрана теряет возможность реагировать на импульсы, поступающие по возбуждающим синапсам.

Второй механизм.В его основе лежит вторичное торможение.В этом случае торможение возникает при участии не тормозных, а возбуждающих нейронов. Это возможно только в том случае, когда частота импульсов, проходящих через синапс, очень высока. Механизм вторичного торможения объясняется следующим образом. На постсинаптической мембране в связи с ее длительным возбуждением развивается состояние, подобное катодической депрессии, описанной Б.Ф.Вериго (1883), то есть снижение возбудимости (увеличивается амплитуда мембранного потенциала покоя и порогового потенциала!). Вторичное торможение в учебной и научной литературе иногда называютпессимальным.

сущность пресинаптического торможения

Пресинаптическое торможение заключается в том , что на пресинаптической терминали А обычного возбуждающего синапса (с его помощью может переходить возбуждение от нейрона Г к нейрону В) заканчивается терминаль Б другого нейрона С, образуя на ней аксо-аксональный синапс.

Через этот синапс дополнительный нейрон С оказывает тормозное воздействие на пресинаптический аппарат основного синапса. Это проявляется в снижении возбудимости и проводимости поверхностной мембраны пресинаптического аппарата, а значит, в невозможности ее деполяризации и выделения медиатора в синаптическую щель. В результате этого не происходит передача возбуждения с нейрона Г на нейрон В. Механизм тормозного действия нейрона С на пресинаптическую терминаль нейрона Г может быть двояким.

Чаще нейрон С является возбуждающим, но его особенностью является способность к очень высокой импульсной активности (с очень большой частотой – до 1000 импульсов в секунду). В результате на пресинаптической терминали А нейрона Г развивается пессимальное торможение, приводящее к нарушению проведения возбуждения и прекращению выделения медиатора.

Реже нейрон С является обычным тормозным (см. «первичное торможение»),то есть он выделяет на терминаль А нейрона Г (по механизму постсинаптического торможения) тормозной медиатор, который гиперполяризует поверхностную мембрану и тем снижает ее возбудимость ипроводимость,что также приводит к прекращению выделения медиатора.

19. Принципы координации рефлекторной деятельности ЦНС. Доминанта. Характеристика доминантного центра (А.А.Ухтомский). Роль доминанты в интегративной деятельности организма.

1. торможение; активный физиологический процесс, который обеспечивается работой нейронов и заключается в подавленииили предотвращениипроцесса возбуждения

2. субординация; существует строгая иерархия между «главными» и «подчиненными» центрами

3. дивергенция;

4. конвергенция; схождение различной афферентной информации в одних и тех же нервных центрах на полимодальных или поливалентных нейронах

5. иррадиация возбуждения; тормозные нейроны ограничивают не только распространение (иррадиацию) возбуждения, но и его интенсивность

6. концентрация возбуждения; процесс, обратный иррадиации возбуждения. Смысл его заключается в том, что в нервном центре, ответственном за регуляцию какой-либо физиологической функции, количество активно функционирующих нейронов с течением времени уменьшается, то есть ту же самую «работу» выполняет меньшее количество нейронов.

7. реципрокная иннервация; произвольные и непроизвольные движения могут быть реализованы только при условии согласованной работы мыщц-антагонистов

8. общий конечный путь; моторные нейроны являются общим конечным путем, через который реализуются разные рефлекторные, непроизвольные и произвольные движения

9. индукция. провокация (наведение, вызывание) одним процессом (например, возбуждением) другого – противоположного (торможения)

Принцип доминанты разработан известным русским физиологом А.А.Ухтомским (1928). Доминанта –это очаг(нервный центр или сразу несколько нервных центров)господствующего(преобладающего, сильного) возбуждения в ЦНС, который возникает на неопределенно долгое время и подчиняет себе работу других центров ради реализации какой-либо биологической или социальной потребности.

Причинами возникновения доминирующего возбуждения могут быть:

1. сильные потоки импульсов, поступающих к этому центру (с рецепторов, из других участков ЦНС);

2. изменившийся гуморальный (гормональный) фон.

Чаще всего доминанта возникает при сочетании этих двух причин. При этом создаются благоприятные условия для возникновения суммации на нейронах подпороговой каймы нервного центра, а значит, для вовлечения в процесс возбуждения дополнительных нейронов.

Доминантный центр обладает следующими свойствами:

1. повышенная возбудимость, которую создают мощные потоки нервных импульсов и изменившийся гуморальный фон; эта повышенная возбудимость позволяет центру реагировать на ранее допороговые для него раздражители («притягивать» возбуждение от других центров);

1. стойкое и длительное возбуждение; этому способствуют как причины, вызвавшие доминанту, так и вовлечение дополнительных нейронов в процесс возбуждения, а также эффект последействия, наблюдаемый в доминирующих центрах;

1. торможение других нервных центров по механизму одновременной отрицательной индукции, что необходимо для концентрации действий организма в направлении достижения конечного полезного результата;

1. векторность, то есть направленность действия с привлечением других нервных центров, «полезных» для более быстрой и качественной реализации поставленной цели.

Благодаря этим свойствам принцип доминаты является одним из основополагающих в работе ЦНС. Он лежит в основе любого мотивационного возбуждения, возникающего всегда при появлении той или иной биологической или социальной потребности. Но так как среди множества потребностей у человека (или животных) всегда выделяется одна – главная потребность,то и среди множества мотивационных возбуждений выделяется одно – наиболее важное. Это возбуждение называютдоминирующим мотивационным возбуждением.Стало быть, наше целесообразное, целенаправленное поведение определяется постоянной сменой доминирующих мотиваций.

Не всегда принцип доминанты играет положительную роль. Есть целый ряд патологических доминант (вредные привычки; слепая вера во что-то, не приносящая пользу человеку; неверие в выздоровление во время болезни и др.). Во всех подобных случаях задача врача заключается в том, чтобы создать у больного положительную доминанту, которая бы по механизму одновременной отрицательной индукции затормозила патологическую доминанту.