5.Нервная, гормональная и иммунная системы – главные регуляторные системы адаптации организма. А)Роль нервной системы в процессах адаптации организма

Индивидуальное развитие организма после его рождения зависит и определяется нервной системой. Организм после рождения развивается, во-первых, в соответствии заложенной наследственной программой и, во-вторых, в зависимости от конкретных условий внешней среды.

Становление Человека как личности - это результат развития и созревания мозга. Именно мозг позволяет организму не только адаптироваться к факторам окружающей среды, но и активно взаимодействовать с этими факторами окружающей среды.

Детство человека - самое продолжительное во всем животном мире. Ни одно другое живое существо не рождается таким беспомощным, не рождается таким зависимым от матери, как новорожденный человек. Но в тоже время ни одно животное, кроме человека, за период взросления не способно получить такую полную информацию об окружающей среде. Это длинное детство позволяет ему не только оптимально приспособиться к существованию в окружающей среде, но и дает возможность изменить природу по собственному усмотрению.

С помощью нервной системы человек за период детства осваивает огромный объем навыков, овладевает способностью учиться, общаться с другими людьми, учится владеть собственным телом и т.д.

Длинное человеческое детство, даже заметно замедленное развитие по сравнению с обезьяной - это одна из глубоких закономерностей эволюции. В чем суть этого процесса? Внутриутробный ( до рождения) период необходим организму для формирования устойчивых к действию внешних факторов среды способов реагирования. Родившийся “взрослым” муравей все “умеет” от рождения, но не имея детства, не способен больше ничему научиться. Его возможности приспособления, адаптации, крайне ограничены. Человек же, наоборот, сразу после рождения имеет в запасе минимум незыблемых, независимых от внешних факторов воздействия способов реагирования. Условную (приобретенную) систему реагирования он создает уже потом, после рождения, на основе конкретных факторов среды. И чем большее число подвижных, гибких способов реагирования ребенок способен образовывать, тем большей свободой выбора реагирования он располагает в жизни. Эти закономерности определяются прежде всего уровнем развития нервной системы.

Нет ни одного проявления жизнедеятельности, где бы мозг (нервная система) не участвовал бы. Мозг ответственен за первый крик новорожденного и за стон умирающего, за взмах топора и за быстрый бег пальцев пианиста, за замирание сердца влюбленных и за слезы горя, за трусость и за ненависть, за мудрость и за глупость, за многие болезни и за выздоровление от многих болезней.

Нервная система иннервирует (т.е. снабжает собой) весь организм, все его отделы. Каждый участок тела снабжен нервными окончаниями, в этом можно легко убедиться, уколов себя иголкой в любой часто тела.

В основе организации деятельности нервной системы лежит рефлекторный принцип [т.е. принцип отражательный]. Осуществление любого рефлекса требует обязательного выполнения 4^х основных операций:

1) прием информации от рецептора;

2) расшифровка информации и программирование адекватного ответа;

3) реализация ответа путем передачи сигнала к исполнительным органам (мышцам, железам);

4) контроль за правильностью осуществления программы. Последний этап замыкает круг непрерывной циркуляции нервных сигналов, формируя рефлекторное кольцо. При это, ответная реакция, ее адекватность воздействию и соответствие “замыслу” организма, определяется сохранностью и полноценностью “работы” рецепторного звена. Этапы 1) и 2) зависят от сохранности исполнительных органов (сердце, мышцы и т.д.). Человек имеет множество рецепторов из них, как правило, по 2-3 информационных дублера. Например, положение тела в пространстве контролируется тремя рецепторными структурами: зрением, вестибулярным аппаратом внутреннего уха и рецепторами [проприорецепторами] в мышцах и сухожилиях.

При сочетанных нарушениях всех 3^х рецепторных структур ходьба нарушается. Почему это происходит? Для полноценной регуляции нервная система должна иметь полную информацию о внешнем мире, поэтому она состоит из 2^х важнейших образований: центральной нервной системы (головной и спинной мозг) и вегетативной нервной системой (периферической) - связывающей центральную нервную систему с рецепторами и с исполнительными органами. Сложность всего, что создал и осмыслил человек, несравнима со сложностью самого человека. Как сказал Б. Хогленд : “Понимание атома- детская игра, по сравнению с пониманием детской игры”. В человеческом мозге приблизительно совершается 10¹⁴ элементарных операций в течение одной секунды. Рабочей единицей мозга является нервная клетка, а нервных клеток у человека более 10 миллиардов.

Нервная клетка (нейрон) специально приспособлена для связи с другими нервными клетками, для приема информации, ее переработки и передачи по эстафете. Межклеточные контакты во всех органах и тканях - это необходимая закономерность. Даже такие автономные элементы, как клетки крови, обнаруживают тенденцию к слиянию между собой (агрегация). Но только в нервной системе клеточные контакты строго специализированы для передачи нервного импульса, а передача эта осуществляется специализированными отростками.

Прием информации осуществляется множеством древообразных разветвленных, сравнительно коротких отростков - дендритов (dendro - дерево). У каждого нейрона может быть 1500 дендритов. А вот распространение переработанной информации от нейрона обеспечивает всего один-единственный отросток - аксон. Длина его может достигать нескольких десятков сантиметров. У нейрона 1500 входов и 1 выход.

Аксон одного нейрона заканчивается контактом с дендритами другого. Сам контакт называется синапсом. По сути дела, прямого контакта не образуется: между аксоном и дендритом остается очень тонкий зазор - здесь происходит химическая или электрическая передача сигнала, причем только в одну сторону, возможный возврат сигнала от дендрита к аксону синапсом блокируется.

Сигнал, или нервный импульс, имеет электрическую природу, он распространяется по поверхности аксона и по поверхности дендритов.

Таким образом, исходя из вышесказанного, можно кратко охарактеризовать свойства нервной клетки.

1) Основное свойство нервной клетки - организация связей, и это осуществляется при помощи отростков. Наличие отростков, существенный морфологический критерий, позволяющий отличить нервную клетку от других клеток организма.

2) Аксоны - это отростки, которые отводят нервные импульсы до рабочего органа.

3) Дендриты - по ним поступают импульсы от других клеток.

4) Дендритов несколько, аксон один.

5) Дендрит намного короче аксона (Дендрит - 1,5-2 мм; аксон -1м и более).

6) Дендриты плавно отходят и истончаются, аксон резко отходит от тела нейрона, имеет постоянный диаметр.

7) Дендриты ветвятся под острым углом и направлены от клетки, аксоны ветвятся под прямым углом, ориентация коллатералей не связана с положением тела нейрона.

8) Рисунок ветвления дендрита одного типа более постоянен, чем разветвления другого.

9) Дендриты имеют шипики, аксоны нет.

10) Дендриты не имеют мякотной оболочки.

11) Дендриты имеют зернистость.

Хорошо известно, как сильно мозговые клетки реагируют на незначительные изменения их кровоснабжения. При нейрональной изоляции кровоснабжение сохраняется, но нарушаются нервные связи. Но и в этом случае не все так просто, возникает опять 2 вопроса: нервная клетка “не хочет?” работать или “не может?”. После очень долгих поисков удалось доказать, что нейрональная изоляция ведет к тому, что благодаря сохранившемуся кровообращению активность нервных клеток сохраняется (в одной черепной коробке 2 мозга, соединенные единой кровеносной системой), и даже более того, она становится более возбудимой и нередко является источником эпилептических разрядов для всего мозга.

Глиальными называются клетки мозга, которые мельче нейронов и в отличие от них имеют длинные отростки (аксоны), не обладают спайковой электрической активностью, но могут размножаться.

Нейрон с глией, как Робинзон с Пятницей, но надо помнить, что на одного Робинзона (нейрона) в мозгу приходится 10 Пятниц (глиальных клеток).

Глия играет важную роль в процессах обучения, памяти и сна.

Оказалось, что глиальные клетки, которые считали электрически невозбудимыми, более интенсивно реагируют на магнитное поле, по сравнению с нейронами.

Это какая-то специфическая реакция ЭМП.

Скорость распространения нервного импульса зависит от типа нейрона. Природа чрезвычайно экономна. При относительно небольших размерах тела человека (1,5-2 м) скорость нервных импульсов приблизительно равна 50 - 150 м/с может быть вполне приемлемой. Кроме того, и способ распространения нервного импульса весьма экономичен. Он связан с так называемыми местными токами, источниками этих токов являются ионы Na⁺, K⁺, Ca⁺⁺. При прохождении этих ионов через мембрану аксона происходит возникновение разности потенциалов между внутренней средой аксона и внешней средой . “Вспыхнувшая” разность потенциалов возбуждает соседний кольцевой участок аксона, в нем также возникают ионы, устанавливается разность потенциалов, которая возбуждает следующий участок, и так все дальше до синапса. Учитывая, что весь путь до синапса импульс пробегает за сотую долю секунды, легко представить себе, с какой скоростью протекают все только что перечисленные процессы.

Тело нервной клетки, аксона и дендритов покрыто своеобразной оболочкой -мембраной. Мембрана имеет сложное строение. Она имеет мембранные рецепторы (чувствительные молекулы), обладающие высокой способностью к образованию комплексных соединений с различными биохимическими веществами.

Характеристика мембранных рецепторов:

1) специфичны к вирусам, к токсинам;

2) рецепторы синапса соединяются функционально с химическими посредниками ( на уровне синапса).

Микроскопическая техника позволила увидеть сложное производство нейрона, сравнивая его и с кирпичным заводом, и с химическим заводом и почтой по доставке вестей от синапса к телу клетки и обратно, и с “машиной-мусоропроводом”, которая ползет вдоль мембраны и собирает обломки, которые вновь используют для сборки новых жизненно важных молекул.

Аксональный транспорт - нервная клетка имеет один единственный аксон. длина аксона различна: она может быть на периферии и длиной 1 м., но диаметр тела нейрона составляет лишь доли миллиметра. Но аксон должен быть живым, поэтому ядро нейрона, где находятся основные “строительные заводы” определяет жизнь аксона. Скелет аксона (состоит из множества тончайших ниточек, трубочек, цистерн) вдоль всего аксона идет от ядра клетки до синапса. Но скорость аксонального транспорта около 2^х миллиметров в сутки, но он непрерывно работает. Как невидимые спицы вяжут чулок, так внешне неизменный аксон постоянно растет внутри себя. Аксон постоянно самообновляется, самоомолаживается, защищая себя от старения. Есть медленный аксональный транспорт, но есть и более быстрый, примерно 200-400 мм в сутки, а иногда 2000-2500 мм в сутки. С такой скоростью по аксону химические молекулы осуществляют межклеточный обмен информацией. Самый быстрый аксональный транспорт в миллионы раз медленнее скорости прохождения нервного импульса.

Зачем нервной клетке сверхмедленные процессы?

1) Перегрузка или разрыв нерва - регенерация через медленный аксональный транспорт (нейрон “растет внутри себя”). Стабильность, устойчивость к внешним воздействиям нервной системы достигается через медленные процессы, а лабильность, изменчивость через скоростные реакции.

Химия мозга

С открытием нейропептидов, которыми оказались наиболее многочисленные клетки биологически активных веществ, стало ясно, что в мозге, в нервной системе хорошо и сложно взаимодействуют оба типа химической передачи: по анатомическому или по химическому типу (или адресу).

Ф.О.Шмитт, ученый из Массачусетского технологического института склонен выделять в мозге две параллельные системы, которые обеспечивают межклеточную сигнализацию и взаимодействие нейронов. По мнению Шмитта Ф.О., наряду с классической нервной системой, которая описывается в понятиях традиционной нейроанатомии и нейрофизиологии, и действует через классические синаптические контакты существует “синаптическая нервная система” существует вторая нервная система, которую он назвал “парасимпатическая нервная система”. В парасимпатической нервной системе “информационные субстанции” достигают рецепторные клетки-мишени главным образом благодаря диффузии от места освобождения через экстракты. Это главным образом пептиды. Шмитт говорит о пептидергических нервных кругах, которые существуют как бы параллельно с нервными кругами, образованными классическими моноаминовыми, холинергическими, глутаматергическими нейронами, в одних и тех же волокнистых системах.

Функциональное значение таких двойных систем регуляции нейронов пока еще не раскрыта, одно только понятно, что передача информации, согласованность биохимических и физиологических процессов в организме обеспечивается на основе взаимодействия самых различных групп информационных субстанций.

Наиболее удачной представляется классификация информационных субстанций, предложенная И.П. Ашнариным (МГУ). Он ввел в классификацию новое понятие - регуляторный пептид - это понятие близко к нейропептиду, но шире последнего, т.к. могут вырабатываться не нейронами.

Ашмарин И.П. выделяет 4 типа информонов:

1) непептидные нейромедиаторы - аминокислотные, ацетилхолин и моноамины (перенос информации в пределах синапса);

2) регуляторные пептиды (содержащие до 50 аминокислот) и нейропептиды (и в синапсе, и в межклеточных контактах и дистантные регуляторы);

3) пептидные гистогармоны (через межклеточные контакты) и простагландины, лейкотриены, тромбоксаны;

4) стероиды, белковые гормоны, Т₃, Т₄ (более 50 аминокислотных остатков).

Поверхностная мембрана (толщина 6 нм) живой клетки обладает свойствами конденсатора. Обкладками этого тканевого конденсатора служат наружная и внутренняя поверхности мембраны, диалектриком -слой липидов (миелин), обладающий значительным сопротивлением. Поскольку в мембране имеются каналы, через которые могут проходить ионы, сопротивление этого липидного слоя не идеально, и не равно бесконечности. Поверхностную мембрану клетки обычно сравнивают (уподобляют) конденсатору с параллельно включенным сопротивлением, по которому может происходить утечка зарядов (рис. А).

наружная сторона мембраны

С R

E

внутренняя сторона мембраны

рис. А Электрическая схема воспроизводящая свойства мембраны клетки (мотонейрона).

где: С - емкость мембраны (3*10^-9 ф),

R - сопротивление мембраны (8*10⁵ ом),

Е - электродвижущая сила мембраны в покое (потенциал покоя) (-70 мВ), эта величина всегда отрицательная.

В живой клетке существует 2 системы движения ионов через мембрану (рис. III):

1) пассивный ионный транспорт;

2) активный ионный транспорт против концентрированного градиента и состоит в “выкачивании” Na⁺ из цитоплазмы и “нагнетании” ионов К⁺ внутрь клетки, для этого необходима затрата АТФ-энергии. Это результат работы Na⁺ - насоса, благодаря чему восстанавливается исходная разность ионных концентраций, которая нарушается при каждой вспышке возбуждения.

Снаружи Na⁺ много, а К⁺ мало.

К⁺ Na⁺

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Восстанов - импульс

ление

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Na⁺ К⁺

рис. III. Перенос ионов через мембрану

“Мембранный потенциал” (потенциал покоя - отрицательный) варьирует от -50 до -90 мВ.

Деполяризация - уменьшение внутреннего потенциала (становится менее отрицательным).

Гиперполяризация - процесс увеличения отрицательного заряда внутренней поверхности клеточной мембраны.

Патологические процессы на изолированном нерве и возбуждение нервных волокон, которые подходят (иннервируют) мышцу - это отличающиеся процессы. Особенно, например, когда при полиомиелите произошла гибель мотонейронов в спинном мозге, нервные волокна перерождаются, тогда раздражающий стимул должен вызвать возбуждение не нерва, а собственно мышечных волокон, а они имеют бульшую продолжительность и другие пороги возбудимости.

Местные обезболивающие препараты направлены на то, чтобы сильно повысить величину порога деполяризации нервного волокна, либо снизить амплитуду его потенциала действия.

Специфика воздействий: В двигательных нервных волокнах (менее чувствительных) частота импульсации не превышает 5- импульсов в секунду, а межимпульсный потенциал составляет 200 мс. Поэтому за это время происходит реактивация Na⁺-каналов, К⁺ возвращается внутрь, т.е. восстанавливается Na⁺, К⁺ проводимость. Но при чувствительных нервных волокнах (например, в слуховом или зрительном нерве) при сильном раздражении в начальный момент частота разряда может достичь 1000 и более имп/сек, а фаза межимпульсного интервала - 0,5 - 0,7 мс. Тогда, либо возникает блокирование (парабиотическая фаза по Н.Е. Введенскому) проведения возбуждения, либо раздражение передается, но тогда существенно изменяются свойство нервного и мышечного волокна, что может привести к патологии.

Синапс - нервно-мышечное соединение.

1

4

3

— 2 —

рис. IV Синапс. Взаимодействие между нервным волокном, нервным окончанием и скелетным мышечным волокном.

1) миелинизированное (миелин-липид) нервное волокно;

2) нервное окончание с пузырьками медиатора (пресинаптическая мембрана);

3) постсинаптическая мембрана;

4) синаптическая щель.

Synapsis - соединение, связь. Синапсом называется специализированная зона контакта между нейронами или между нейронами и другими возбудимыми образованиями. Синапс обеспечивает передачу возбуждения с сохранением, изменением или исчезновением ее информационного значения.

Синаптическая передача характеризуется односторонностью передачи возбуждения, синаптической задержкой, низкой лабильностью, повышенной утомляемостью, трансформацией ритма возбуждения, высокой чувствительностью к лекарствам и ядам, низким фактором безопасности (надежности).

Различают синапс электрический (в сердце и нервной системе) когда возбуждение передается электрическим путем (от пресинаптической к постсинаптической мембране). В электрическом синапсе не вырабатывается медиатор (классический - ацетилхолин). Синаптическая щель очень мала - 2-4 нм (по сравнению с химическим синапсом - 10-20 нм), поэтому деполяризация пресинаптической мембраны приводит за счет местных токов к деполяризации постсинаптической мембраны. В синаптической щели имеются белковые мостики - каналы шириной 1-2 нм, где движутся ионы и маленькие молекулы. Это способствует низкому сопротивлению постсинаптической мембраны. Электрических синапсов мало, но они отличаются большой скоростью передачи возбуждения, высокой надежностью и даже двусторонним проведением возбуждения. В химическом синапсе синаптическая задержка может быть до 0,2-0,5 мс.

Внесинаптическая

область Возбуждающий синапс

Внеэкстраклеточная среда

R_м

С_м R _s

Е_м E _s

R _i Внутриклеточная среда

рис. V Электрическая схема возбуждающего синаптического входа.

С_м - емкость мембраны;

R_м, R_i - сопротивление мембаны;

Е_м - электродвижущая сила мембраны;

Е_s - электродвижущая сила синаптического контакта;

R_s - сопротивление синаптического контакта.

Высшая нервная деятельность.

Работа нервной системы осуществляется благодаря образованию регулирующих центров, т.е. благодаря образованию сообществ множества нервных клеток, объединенных единым строением, характером обмена веществ, способом образования контактов и прочее. Вся работа нервной системы основана на принципе отражения, на принципе рефлекса. Составные части рефлекторного кольца, по которому циркулируют нервные импульсы, не могут существовать отдельно друг от друга. Также и центры: одни из них получают и анализируют поступающую информацию, другие - планируют и реализуют ответную реакцию.

Кора головного мозга - это высший отдел мозга. Она не имеет прямой связи с рецепторами, но она получает информацию частично переработанную, содержащую наиболее значительные сведения. Вскоре собирается образ окружающего мира (мир внутри нас). “Мысль трагически невидима”. В мозге должен быть образ двигательного акта (все - движение). Движение - мелодия, она может быть сыграна руками талантливого пианиста, а может быть вложена в виде программы в механическое пианино. Но и в том, и в другом случае мертвый механизм или живые пальцы должны в определенной последовательности нажать клавиши. Так и в мозге при реализации движения: хранимый в памяти образ двигательного акта должен быть спроецирован (как на клавиши) на такой двигательный центр, нервные клетки которого иннервирую строго определенные мышечные волокна и составляют с последними единое целое.

Двигательный центр находится в коре больших полушарий, но его клетки не прямо связаны с мышцами, а через другие центры, расположенные ниже коры - в подкорке, в стволе головного мозга и в спинном мозге. Здесь сигналы от коры переключаются, проверяются, уточняются, сопоставляются и отправляются дальше. В переключении сигналов содержится и еще один смысл: скорость распространения импульса по одному аксону постепенно падает по мере отдаления от тела нейрона. Переключение на новый нейрон позволяет снова ускорить проведение импульса. Таким образом, сигнал от мозга продвигается “на перекладных, меняя лошадей”.

Непосредственную связь с мышечными волокнами осуществляют нейроны спинного мозга, которые располагаются своеобразной “этажеркой”, каждая полочка которой ответственна за иннервацию своего ограниченного участка тела - сегмента. Сюда, к сегментарному нейрону спинного мозга, называемому “конечным”, приходят приказы из двигательного центра коры больших полушарий. Но одновременно к нему приходят сигналы из подкорковых и стволовых центров, с других этажей спинного мозга.

Для чего нужна многоэтажность? На каждом этаже идет отсев ненужной информации. В центре спинного мозга имеется “компьютерная система”, которая регулирует работу всех конечных нейронов.

Рецепторы принимают информацию и в этот момент, когда совершается действие, подключается система контроля за правильностью использования задания и коррекции уже идущего исполнения, повышения его точности и эффективности. В этом заключается система координации движения.

Система координации имеет свои рецепторы в мышцах, сухожилиях, и свои центры в спинном и головном мозге. Важнейшим центром является мозжечок и некоторые ядра подкорковых образований мозга.

В работе мозга не бывает перерывов. Но несмотря на крайнее непостоянство интенсивности внешних воздействий, активность работы мозга имеет свой гомеостатический коридор. Какие структуры мозга пропускают сигналы, контролируют их определенное количество, а при информационном голоде добавляют информацию?