2.2. Нервная система

Строение и функции нервной системы. Нервная система регулирует деятельность всех органов и систем, обеспечивая их функциональное единство и связь организма с внешней средой. Нервная система оказывает на органы следующие виды воздействий:

• пусковое – вызывающее или прекращающее функцию органа;

• сосудодвигательное – регулирующее кровоснабжение органа за счет изменения просвета сосуда;

• трофическое – изменяющее интенсивность обмена веществ.

Различают центральную нервную систему (ЦНС) – скопление нейронов, образующих спинной и головной мозг, и периферическую – скопления нервных клеток и отростки, образующие спинномозговые и черепномозговые нервы (рис. 2.2).

По функции нервная система условно подразделяется на соматическую (анимальную) и вегетативную (автономную). Соматическая нервная система осуществляет преимущественно функции связи организма с внешней средой, управляет скелетной мускулатурой, она контролируется сознанием. Вегетативная нервная система иннервирует (соединяет) внутренние органы, ЦНС, поддерживает постоянство внутренней среды организма (гомеостаз), она непроизвольная (не контролируется сознанием).

Рис. 2.2. Схема строения нервной системы человека

Нервная клетка (нейрон) ― структурно-функциональная единица нервной системы. В каждом нейроне различают тело, состоящее из ядра и протоплазмы, и два вида отростков: один длинный - аксон и много коротких – дендриты (рис.2.3).

С помощью дендритов нервные клетки получают сигналы, а по аксонам передают импульсы на другие клетки. Отростки связывают нейроны между собой и с соматическими клетками посредством синапсов. Тела нейронов формируют серое вещество, а пучки отростков – белое вещество.

Пути, по которым нервные импульсы поступают в мозг от рецепторов, называются афферентными (центростремительными или восходящими). Преобразованные в мозге сигналы поступают к исполнительным тканям по нисходящим, центробежным или эфферентным нервным путям.

В тканях головного и спинного мозга содержится много липидов и липоидов (фосфатидов, стеринов и др.), которые находятся в составе клеточных мембран нервных клеток и миелиновой оболочки нервных волокон. Они обеспечивают мембранам необходимые свойства, способствуют проведению нервного импульса. Особенно важны для нервной ткани лецитин и кефалин, поступающие с жироподобными веществами пищи.

Мембрана нейрона имеет электрический заряд, обусловленный разной концентрацией анионов и катионов (натрий, калий, хлор, кальций) внутри и вне клетки вследствие различных сложных механизмов, – потенциал покоя (мембранный потенциал). Потенциал покоя – это алгебраическая сумма всех зарядов ионов вне и внутри клетки, а также отрицательных внешних и внутренних поверхностных зарядов самой мембраны. Различные концентрации ионов вне и внутри клетки обусловлены проницаемостью мембраны – способностью пропускать воду, незаряженные и заряженные частицы согласно законам диффузии и фильтрации.

Рис. 2.3. Схема строения нейрона

Главное значение в формировании мембранных потенциалов имеет ионный насос – транспортная система, обеспечивающая перенос иона с затратой энергии вопреки концентрационному и электрическому градиентам. Так, в результате сопряженного транспорта натрия и калия поддерживается постоянная разность концентраций этих ионов вне и внутри клетки.

В покое внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно, а внешняя по отношению к внутренней - положительно. При действии раздражителя на нервную клетку изменяется проницаемость ее мембраны, ионы перемещаются в клетку и из клетки по электрохимическому градиенту – формируется потенциал действия, который отражает процесс возбуждения. Возбуждение – сложная совокупность физических и химических процессов, в результате которых происходит быстрое и кратковременное изменение мембранного потенциала. Потенциал действия обеспечивает передачу сигналов между нейронами, нервными центрами и рабочими органами.

Функциональное межклеточное соединение, осуществляющее перенос нервной информации за счет преобразования электрического сигнала в химический, осуществляется посредством синапса (рис.2.4).

Рис. 2.4 Схема строения синапса.

Нервный импульс изменяет внутренние структуры клетки, в результате высвобождаются специфические химические вещества – медиаторы, воздействующие на рецепторный аппарат другой клетки и вызывающие ее возбуждение.

Спинной мозг располагается в позвоночном канале и представляет собой тяж длиной 41-45 см, состоящий из заложенного внутри серого вещества, окруженного белым веществом (рис.2.5).

Нервные центры спинного мозга регулируют обмен веществ, работу и тонус скелетной мускулатуры, а проводящие пути связывают отдельные отделы ЦНС между собой.

Рис. 2.5. Спинной мозг

1–спинно-мозговой нерв; 2 – спинно-мозговой узел; 3–передняя продольная борозда; 4–спинно-мозговой канал; 5–белое вещество мозга; 6–серое вещество мозга; 7–задняя продольная борозда.

Головной мозг является расширенным передним концом спинного мозга и состоит из нескольких, отличающихся по строению, отделов (рис.2.6).

В продолговатом мозге расположены жизненно важные центры – сердечно-сосудистый, дыхательный, а также центры некоторых защитных и пищевых рефлексов (кашель, чихание, рвота, сосание, глотание). Через продолговатый мозг проходят проводящие пути, соединяющие спинной мозг с головным.

Средний мозг представлен четверохолмием с ядрами серого вещества. Он участвует в регуляции мышечного тонуса, осуществлении установочных рефлексов, благодаря которым человек может стоять и ходить. В среднем мозге также располагаются центры ориентировочных слуховых и зрительных рефлексов (поворот головы в сторону светового и звукового раздражителей).

Промежуточный мозг включает (область зрительного бугра), гипоталамус. Таламус является местом переключения всех чувствительных проводников, поднимающихся в кору, он обеспечивает двигательные и вегетативные реакции, связанные с сосанием, жеванием, смехом. Ядра таламуса отвечают за переработку всех видов чувствительности.

Гипоталамус - часть промежуточного мозга, входит в состав лимбической системы. Это сложноорганизованный отдел мозга, выполняющий целый ряд вегетативных функций, отвечает за гуморальное и нейросекреторное обеспечение организма, эмоциональные поведенческие реакции, пищевое поведение. Нейроны гипоталамуса имеют особо чувствительны к составу омывающей их крови (изменениям рН, содержанию катехоламинов, ионов калия и натрия, глюкозы) и способны к секреции пептидов, гормонов, медиаторов.

Гипоталамус имеет связи со всеми отделами ЦНС, ретикулярной формацией ствола мозга. Гипоталамус является главным подкорковым центром, регулирующим вегетативные функции, обеспечивает механизмы терморегуляции, в нем находится пищевой центр.

Ретикулярная формация располагается в толще мозгового ствола и связана почти со всеми структурами ЦНС. Она выполняет роль интегративного аппарата мозга, регулирует информацию, поступающую в кору, а также деятельность внутренних органов.

Большие полушария (передний отдел головного мозга), состоят из белого вещества, покрытого серым в виде коры, образующей борозды и извилины, что увеличивает ее площадь. Толщина коры составляет 1,3-4,5мм, площадь - около 2200 см². В ее состав входит более 10 млрд нейронов.

В коре различают чувствительные (сенсорные), двигательные (моторные) и ассоциативные зоны. В сенсорных зонах представлены корковые концы всех анализаторов. Нейроны моторных зон управляют координацией сложных движений, анализируют импульсы, поступающие от мышц, связок, костей. В ассоциативных зонах осуществляются высшие психические функции – память, мышление.

Рис.2.6. Продольный разрез головного мозга

1–продолговатый мозг; 2–средний мозг; 3–промежуточный мозг; 4–гипофиз; 5–правое полушарие; 6–мозжечок.

Головной мозг считается функционально асимметричным вследствие неравномерного распределения центров в коре. В левом полушарии располагаются центры письменной речи, чтения, логического мышления, в правом – конкретного. Ассоциативная кора пластична, ее нейроны способны к перестройке в зависимости от поступающей информации.

Мозжечок состоит из двух полушарий, поверхность его покрыта серым веществом, центральная часть представлена белым веществом, в котором заложены ядра. Мозжечок регулирует движения, делая их точными и соразмерными, обеспечивает сохранение равновесия тела в пространстве.

Симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы. Эти отделы имеют центральную и периферические части. Центральные структуры расположены в разных отделах ЦНС, периферические представлены ганглиями и нервными волокнами. Большинство внутренних органов получают как симпатическую, так и парасимпатическую иннервацию, противоположные по оказываемому влиянию (рис.2.7).

Рис. 2.7. Изменение функций внутренних органов при раздражении

симпатических (серые стрелки) и парасимпатических (черные стрелки) волокон:

1-сосуды головного мозга; 2-зрачок; 3-слюнные железы; 4-периферические сосуды; 5-бронхи; 6-сердце; 7-желуок; 8-надпочечники; 9-кишечник; 10-мочевой пузырь; 11-органы размножения.

Многие внутренние органы наряду с симпатической и парасимпатической иннервациями имеют собственный местный нервный механизм регуляции - внутриорганный.

Центры симпатической нервной системы представлены ядрами, расположенными в грудном и поясничном отделах спинного мозга. При возбуждении симпатических нервов усиливается работа сердца, расслабляется мускулатура бронхов и увеличивается их просвет, снижается моторная и секреторная деятельность ЖКТ, прекращается выделение мочи и желчи, расширяется зрачок, повышается кровяное давление, поступает в кровь глюкоза, повышается катаболизм тканей.

Таким образом, симпатическая нервная система выполняет адаптационно-трофическую функцию, т.е. влияет на интенсивность обменных процессов и приспособление их к условиям существования.

Симпатическая нервная система отвечает на любой стресс. Ее возбуждение приводит к увеличению активности мозгового вещества надпочечников и выделению адреналина. Поэтому симпатическую нервную систему и надпочечники объединяют понятием «симпатоадреналовая система».

Симпатический отдел автономной нервной системы - это система тревоги, мобилизации защитных сил и ресурсов организма.

Центрами парасимпатического отдела автономной нервной системы являются ядра, находящиеся в среднем мозге, продолговатом мозге и крестцовом отделе спинного мозга.

Парасимпатические волокна иннервируют как правило, только определенные части тела, которые имеют также симпатическую, а иногда и внутриорганную иннервацию.

При возбуждении парасимпатических нервов тормозится работа сердца, повышается тонус гладкой мускулатуры бронхов, в результате чего уменьшается их просвет, сужается зрачок, стимулируются процессы пищеварения (моторика и секреция), обеспечивая тем самым восстановление уровня питательных веществ в организме, активируется анаболизм тканей, происходит опорожнение желчного пузыря, мочевого пузыря, прямой кишки.

Парасимпатическая нервная система выполняет трофотропную функцию, т.е. направлена на восстановление и поддержание постоянства внутренней среды, нарушенного в результате возбуждения симпатической нервной системы.

Медиаторами вегетативной нервной системы являются: ацетилхолин (эфир холин с уксусной кислотой), который высвобождается в окончаниях парасимпатических волокон и повышает их тонус, и норадреналин, обеспечивающий химическую передачу нервного импульса в синапсах симпатической нервной системы.

Норадреналин образуется в результате окисления аминокислоты фенилаланина и последующего декарбоксилирования образовавшегося соединения. Для этого процесса требуется витамин B₆ (пиридоксин), который также необходим для образовании некоторых других медиаторов - серотонина, гамма-аминомасляной кислоты.

Витамин В1 (тиамин) участвует в синтезе ацетилхолина и тормозит активность фермента ацетилхолинэстеразы, расщепляющей этот медиатор. При недостатке тиамина нарушается условно-рефлекторная деятельность мозга, значительно снижаются процессы возбуждения и усиливается торможение, что приводит к снижению работоспособности человека.

Рефлекс и рефлекторная дуга. Основной формой деятельности ЦНС является рефлекс - определенная ответная реакция организма на действие раздражителя. Структурную основу рефлекса, его материальный субстрат составляет рефлекторная дуга — нейронная цепь, по которой проходит нервный импульс от рецептора к исполнительному органу (рис.2.8).

В состав рефлекторной дуги входят: воспринимающий раздражение рецептор; чувствительное волокно (аксон чувствительного нейрона), по которому возбуждение передается в ЦНС; нервный центр; эфферентное нервное волокно (аксон моторного нейрона), по которому возбуждение направляется к органу.

Рис.2.8. Строение рефлекторной дуги

1–нервное окончание чувствительного волокна в коже; 2–чувствительное нервное волокно; 3–нервный центр; 4–двигательное нервное волокно; 5–нервное окончание в мышце

Воспринимающие рецепторы строго дифференцированы и чувствительны только к определенным раздражителям. Так, в слизистой оболочке языка находятся вкусовые сосочки – вкусовые рецепторы, воспринимающие воздействия, оказываемые пищей (сладкое, соленое, кислое, горькое). В коже тактильные рецепторы реагируют на прикосновение, терморецепторы - воспринимают холод и тепло. В стенках кровеносных сосудов расположены хеморецепторы, определяющие изменения химического состава крови, а также барорецепторы, реагирующие на изменения кровяного давления. Самые сложные рецепторы - зрительные и слуховые.

Следует отметить, что в большинстве рефлекторных актов одновременно участвуют и высший отдел ЦНС (кора головного мозга), и низшие отделы.

В основе деятельности нервной системы лежит смена процессов торможения и возбуждения, которые взаимосвязаны и взаимообусловлены. Под действием нервных импульсов, поступающих от органов и тканей в нейроны коры головного мозга, последние переходят в активное состояние – состояние возбуждения. Затем происходит иррадиация― возбуждение распространяется на близлежащие участки коры.

По мере распространения возбуждение постепенно уменьшается и угасает на периферии. При этом по периферии возбужденного очага индуцируется противоположный процесс – торможение. Чем сильнее возникшее возбуждение, тем сильнее торможение. Оно оттесняет возбуждение с периферии к центру, что приводит к концентрации возбуждения в том участке коры, в который адресовано действие раздражителя. Такими раздражителями могут быть как непосредственные воздействия на органы чувств, так и слова, их обозначающие.

Большинство рефлексов представляют собой сложные, последовательно и одновременно совершающиеся реакции. Рефлексы при нормальном состоянии организма строго упорядочены, так как имеются общие механизмы их координации, которые избирательно возбуждают одни центры и тормозят другие. Координация ― это объединение рефлекторной деятельности ЦНС в единое целое, обеспечивающее реализацию всех функций организма.

В коре головного мозга при определенных условиях может возникать застойный доминантный (главенствующий) очаг возбуждения, притягивающий импульсы, направленные в другие центры. Эти импульсы усиливают возбуждение доминантного очага, который, в свою очередь, подавляет активность других центров, расположенных рядом. В зону торможения может попасть и корковый участок пищевого центра, что приведет к угнетению пищевого поведения.

В образовании и хранении памяти (следов действия раздражителей) на нервную клетку участвует генетический аппарат нейрона в виде рибонуклеиновой кислоты (РНК), строение которой изменяется под их влиянием. Индуцируя синтез белка по своей программе, РНК определяет особое специфическое сочетание в нем аминокислот. Новый белок более чувствителен к тому раздражителю, который первоначально вызвал его образование.

Учение о рефлекторном характере деятельности высших отделов головного мозга впервые было обосновано основоположником отечественной физиологии И. М. Сеченовым (1829-1905). В дальнейшем это учение получило развитие в научных трудах И. П. Павлова (1849-1936), который всю совокупность рефлекторных реакций, происходящих в организме, разделил на две основные группы – безусловные и условные рефлексы.

Безусловные рефлексы ― это врожденные, постоянные рефлексы, передающиеся по наследству. Они осуществляются в ответ на сигналы, непосредственно воздействующие на определенные рецепторы. Безусловные рефлексы осуществляются на уровне спинного мозга и мозгового ствола. К основным безусловным рефлексам относят пищевой, сосательный, самосохранения и половой.

Условные рефлексы формируются в процессе индивидуальной жизни каждого организма в ответ на воздействие различных возбудителей на основе безусловных рефлексов.

Примером формирования условного рефлекса является известный опыт И. П. Павлова, в котором зажигание лампочки многократно сочеталось с кормлением собаки. Через некоторое время включение лампочки вызывало такое же слюноотделение, как и действие непосредственного раздражителя – корма, который животные не получали. Эта связь является временной, так как если длительное время не сочетать зажигание лампочки с действием пищевого раздражителя, условный рефлекс угасает.

Чем разнообразнее и многочисленнее сочетание условных и безусловных раздражителей, тем большее количество условных рефлексов формируется и тем лучше приспособление организма к постоянно изменяющимся условиям окружающей среды.

Всю совокупность безусловных и условных рефлексов делят на пищевые, оборонительные, половые, статокинетические, моторные, ориентировочные, поддерживающие гомеостаз и др.

И.П. Павлов назвал непосредственно воздействующие раздражители первой сигнальной системой, а слова, их обозначающие, – второй сигнальной системой. Действие на организм человека второй сигнальной системы имеет большое значение. Так, неосторожное высказывание, грубое слово, окрик и т.п. могут быть причиной серьезных изменений в организме, что следует учитывать всем людям. Руководителям следует помнить, что умелое использование слова, как мощного раздражителя нервной системы, способствует созданию в коллективе благоприятной психологической обстановки, высокой работоспособности и сохранению здоровья.

Большой вклад в раскрытие физиологических механизмов приспособительной реакции организма внес академик П. К. Анохин (1898–1974). Он выявил существование функциональных систем, которые возникают в организме в ответ на действие раздражителей. При этом в реакцию включается целый ряд органов, что обеспечивает наиболее совершенное приспособление организма к данным условиям существования.

П. К. Анохин впервые показал значение результата реакции для образования опережающих условных рефлексов. Так, специфические функциональные системы обусловливают активацию пищевого поведения, подготовку ЖКТ к перевариванию пищи и т.д. Завершающая стадия обработки пищи, и ассимиляция пищевых веществ связаны с обратным действием питательных веществ на центральные нервные структуры.

Влияние питания на функциональное состояние нервной системы. Питание человека оказывает большое влияние на функции нервной системы и образование медиаторов. Многие аминокислоты служат исходным материалом для образования ряда нейромедиаторов и гормонов. Установлено, что недостаток белка в рационе влечет торможение ЦНС, ухудшает формирование условных рефлексов, снижает способности к обучению и запоминанию, ослабляет процессы торможения и возбуждения в коре головного мозга. При избытке белков в питании повышается возбудимость ЦНС.

Углеводы - главный источник энергии для работы мозга, они должны постоянно доставляться с кровью в виде глюкозы, так как количество гликогена в нервных клетках незначительно. При дефиците глюкозы в крови развивается торможение коры головного мозга, поэтому из-под ее контроля высвобождаются подкорковые центры, усиливающие эмоциональные реакции. Легкоусвояемые углеводы тонизируют кору головного мозга, снимают усталость и повышают умственную работоспособность.

Высшие отделы нервной системы чувствительны к витамину PP (ниацину). Дефицит ниацина в рационе приводит к глубоким изменениям в ЦНС вследствие повреждения нейронов.

В образовании норадреналина участвует витамин С, этот витамин защищает адреналин от окисления и восстанавливает его производные.

Функция нейронов зависит от того, насколько снабжен организм минеральными веществами. Так, ионы натрия, калия и кальция участвуют в передаче информации. Эти минеральные вещества, а также магний и фосфор влияют на активность ферментов, катализирующих процессы обмена в нервных клетках и образование медиаторов. Ионы марганца повышают возбудимость ЦНС. Ионы меди влияют на условно-рефлекторную деятельность головного мозга и процессы возбуждения и торможения в нем; их содержание в коре головного мозга в значительно больше, чем в других тканях.