 |
Рефлекторный принцип работы нервной системы
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Физиология – наука о жизнедеятельности (о функциях) целостного организма и отдельных его частей – клеток, тканей, органов, функциональных систем. При изучении процессов жизнедеятельности физиология использует данные многих других наук – анатомии, цитологии, гистологии, биохимии. Физиология – наука экспериментальная, использующая для изучения работы организма множество методик. Современная физиология активно использует физические и химические методы исследования.
Всю физиологию нервной системы можно разделить на два раздела – общую и частную. Частная физиология изучает работу отдельных структур нервной системы (например, физиология мозжечка, физиология среднего мозга и т.д.). Общая физиология рассматривает законы, которые характерны для деятельности всей нервной системы, и в первую очередь работу ее основной структурной и функциональной единицы - нейрона.
Основная функция нейрона – генерация, проведение и передача нервного импульса. В дальнейшем нами будут рассмотрены принципы работы нервных клеток на электрическом и химическом уровне. Усвоение этого материала необходимо для понимания работы всего мозга и отдельных его структур (курсы "Физиология ВНД и сенсорных систем", «Психофизиология» и ряд других). Кроме того, мы обсудим некоторые принципы психофармакологии и основные группы веществ, применяемых в клинике. Значимость фармакологической коррекции психической деятельности (даже при небольших отклонениях) в современном мире быстро нарастает, и знание основных возможностей, существующих в этой сфере, чрезвычайно актуально. Не менее важно уяснить механизмы действия наркотических препаратов, осознать опасность их применения и конкретный вред, наносимый ими мозгу.
|
|
|
Начнем с рассмотрения некоторых основных принципов работы организма.
Регуляция функций организма
Структурной единицей организма человека, как и любого другого живого существа, является клетка. Клетки объединяются в ткани – совокупности клеток, сходных по строению, происхождению и выполняемым функциям. Существует четыре типа животных тканей – эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная. В свою очередь ткани объединяются в органы – комплексы тканей, выполняющие определенные функции, например, сердце, почки, головной мозг. Группа органов, выполняющих, определенную функцию, объединяется в физиологическую систему. В организме человека обычно выделяют девять систем органов - нервную, эндокринную, опорно-двигательную, пищеварительную, кровеносную, лимфатическую, дыхательную, выделительную, половую. Две из них – нервная и эндокринная представляют особый интерес, как системы, регулирующие деятельность других систем и интегрирующие их в единое целое.
Осуществляемая нервной и эндокринной системами регуляция включает, во-первых, координацию деятельности всех составных частей организма, а во-вторых, обеспечение адекватных ответов на постоянно меняющиеся условия внешней среды. В процессе эволюции живых существ сложились две системы регуляции – гуморальная и нервная.
Гуморальная регуляция – координация деятельности органов и систем организма, осуществляемая через внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость) с помощью биологически активных веществ, которые выделяются клетками организма при их функционировании. Гуморальная регуляция более древняя, чем нервная; только она осуществляет регуляцию у животных, не имеющих еще нервной системы (одноклеточные, губки). В процессе развития животного мира появляются специальные органы – железы внутренней секреции, вырабатывающие биологически активные вещества – гормоны, регулирующие многие стороны деятельности организма.
|
|
|
Нервная регуляция - регуляция физиологических процессов, осуществляемая с помощью импульсов, проводимых нервной системой. Важнейшее значение в ней имеют медиаторы – биологически активные вещества, участвующие в передаче несущего информацию импульса от одной нервной клетки к другой или от нервной клетки к исполнительному органу через особые образования – синапсы. У высокоразвитых животных и человека гуморальная регуляция в значительной степени подчинена нервной. Вместе они составляют единую нейрогуморальную систему управления функциями организма. При этом многие гормоны в ходе эволюции начинают выполнять функции медиаторов.
Одна из важнейших задач, осуществляемых нервной и гуморальной системами - это поддержание гомеостаза – способности биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное постоянство своего состава и свойств. Гомеостаз поддерживается благодаря процессам саморегуляции – возвращения биологической системы (клетки, органа, организма) к исходному состоянию после любого отклонения от нормального состояния внутренней среды за счет работы нервной и гуморальной систем.
Рефлекторный принцип работы нервной системы
В основе представлений о нервной регуляции функций лежит учение о рефлексе. Рефлекс – ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая при участии нервной системы. Для осуществления рефлекса необходимо, чтобы нервное возбуждение, которое возникает в особом сенсорном (чувствительном) образовании – рецепторе в ответ на какое-либо раздражение, дошло до исполнительного органа – мышцы или железы. Структурной основой осуществления этого процесса служит рефлекторная дуга.
Рефлекторная дуга – путь, по которому проходит нервный импульс. Она состоит обычно из пяти отделов: 1) рецептор; 2) чувствительный нейрон, передающий импульс в ЦНС; 3) обрабатывающие и переключающие сигнал центры ЦНС; 4) двигательный нейрон; 5) исполнительный орган, реагирующий на полученное раздражение (рис. 1, слева).
|
|
|
Рецептор – чувствительное образование, которое трансформирует энергию раздражителя в нервный процесс. За рецептором идет чувствительный нейрон, находящийся в периферической нервной системе. Периферические отростки таких нейронов образуют чувствительный нерв, а центральные (аксоны) входят в ЦНС и образуют синапсы на ее нейронах. В некоторых случаях (кожная чувствительность, обоняние) рецепторами являются окончания периферических отростков чувствительных нейронов. В этом случае первые два отдела рефлекторной дуги образованы одним и тем же нейроном. Вставочный нейрон ЦНС (или, точнее, нейроны, т.к. их обычно несколько) являются нервным центром каждого конкретного рефлекса. Аксоны вставочных нейронов образуют синапсы на двигательном нейроне, по аксону которого нервный импульс в свою очередь доходит до исполнительного органа, вызывая соответствующую деятельность. Аксоны двигательных нейронов образуют двигательные нервы.
Таким образом, в дуги даже простых рефлексов входит обычно около 5-10 нейронов. Однако, у некоторых простых рефлексов в рефлекторную дугу входит только два нейрона - чувствительный и двигательный. Примерами таких рефлексов могут быть коленный, возникающий в ответ на удар по сухожилию четырехглавой мышцы бедра, или ахиллов, возникающий в ответ на удар по сухожилию икроножной мышцы (рис. 2).
Для более адекватного понимания регуляции работы организма необходимо подробнее разобрать понятие «нервный центр». Нервный центр – это группа нейронов, необходимая для осуществления определенного рефлекса или более сложных форм поведения. Нервный центр перерабатывает информацию, которая поступает к ним от органов чувств или от других нервных центров и, в свою очередь, посылает свои команды к периферическим органам (мышцам и железам) или другим нервным центрам.
В простейших случаях, например у беспозвоночных животных, нервный центр может состоять только из нескольких нейронов. Так у морского моллюска аплизии работой сердца управляют только четыре нейрона. У позвоночных нервные центры входят в состав ЦНС и могут включать тысячи и даже миллионы нейронов.
|
|
|
Каждый нервный центр находится в определенном месте нервной системы. Например, дыхательный центр, регулирующий работу дыхательных мышц, находится в продолговатом мозгу. При разрушении этого центра дыхание прекращается. Но на самом деле в дыхании принимают участие многие другие нейроны. Так, нервные волокна от дыхательного центра в продолговатом мозгу идут к группам двигательных нейронов спинного мозга, непосредственно управляющих дыхательными мышцами. В варолиевом мосту есть нервный центр, регулирующий правильное чередование вдоха и выдоха. Да и высший центр головного мозга – кора больших полушарий – тоже принимает участие в дыхании, благодаря чему дыхание можно регулировать произвольно (например, глубоко вдохнуть или задержать дыхание). То же самое можно сказать о большинстве других функций организма. Поэтому в широком смысле слова нервный центр – это все структуры, согласованно влияющие на выполнение данной функции.
Именно благодаря рефлекторному принципу нервная система обеспечивает процессы саморегуляции. Т.е. если какой-либо физиологический параметр чрезмерно уменьшается, то автоматически включаются механизмы для его увеличения. И наоборот, если какой-либо параметр увеличивается, включаются механизмы для его уменьшения. Такой принцип функционирования называется еще механизмом отрицательной обратной связи. По своей природе физиологическая саморегуляция является автоматическим (не требующим участия сознания) процессом.
В некоторых физиологических системах обнаружен также механизм положительной обратной связи, благодаря которой процесс, возникнув, некоторое время усиливается и поддерживает себя сам.
Для объяснения механизмов саморегуляции русский физиолог академик П.К.Анохин предложил концепцию «функциональной системы».
Функциональная система – временное или постоянное объединение различных элементов нервной системы – от рецепторов до исполнительных органов, возникшее или существующее для выполнения какой-либо конкретной физиологической задачи. Очень важным в этой концепции является то, что при выполнении любого действия информация о его результатах поступает в ЦНС (в форме импульсов от соответствующих рецепторов). Это звено системы замыкает разомкнутую рефлекторную дугу в кольцо. Если результат действий частично или полностью не соответствует ожидаемому, то ЦНС по механизму обратной связи направляет течение процесса в необходимую сторону. Таким образом, поведение строится по принципу непрерывного кольцевого взаимодействия организма и среды, непрерывной оценки результатов деятельности - принципу рефлекторного кольца.
|
|
|
