close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2315

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кемеровская государственная
медицинская академия
Н. А. Барбараш, М. В. Чичиленко, Г. Я. Двуреченская,
В. А. Изместьев, Н. П. Тарасенко,
Д. Ю. Кувшинов, И. Ю. Прокашко
Материалы к лекциям
по курсу нормальной физиологии
Часть I
Регуляция функций
Кровь
Защитные функции
Возбудимые ткани
Центральная нервная система
Психофизиология
Кемерово
КемГМА
2008
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГОУ ВПО Кемеровская государственная медицинская академия
Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию
Н. А. Барбараш, М. В. Чичиленко, Г. Я. Двуреченская,
В. А. Изместьев, Н. П. Тарасенко,
Д. Ю. Кувшинов, И. Ю. Прокашко
Материалы к лекциям
по курсу нормальной физиологии
Часть I
Регуляция функций
Кровь
Защитные функции
Возбудимые ткани
Центральная нервная система
Психофизиология
Кемерово
КемГМА
2008
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Барбараш, Н. А., Чичиленко М. В., Двуреченская, Г. Я., Изместьев, В. А.,
Тарасенко, Н. П., Кувшинов, Д. Ю.,.Прокашко, И. Ю. Материалы к лекциям по курсу нормальной физиологии. Часть I. – Издание четвертое,
переработанное и дополненное. – Кемерово: КемГМА, 2008. – 185 с.
Материалы подготовлены проф. Н. А. Барбараш, проф. М. В. Чичиленко,
доц. Г. Я.Двуреченской, доц. В. А. Изместьевым, доц. Н. П. Тарасенко,
доц. Д. Ю. Кувшиновым, асс. И. Ю. Прокашко и одобрены к переизданию
Ученым Советом Кемеровской государственной медицинской академии.
Рецензенты:
Васильев В. Н. – д. б. н., профессор кафедры нормальной физиологии
Сибирского государственного медицинского университета;
Колпаков В. В. – д. м. н., профессор, зав. кафедрой нормальной физиологии
Тюменской государственной медицинской академии.
© Кемеровская государственная медицинская академия, 2008.
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
5
Вводная лекция
6
Лекция 1. Системы регуляции физиологических функций
организма
9
Лекция 2. Система крови: роль в организме, свойства, функции, механизмы регуляции
21
Лекция 3. Гемостаз и другие сторожевые системы организма
30
Лекция 4. Защитные системы организма
36
Лекция 5. Основные состояния клеток и тканей.
Биоэлектрические потенциалы
44
Лекция 6. Свойства возбудимых тканей
56
Лекция 7. Физиология мышц
61
Лекция 8. Проведение возбуждения в нервных проводниках
и синапсах
67
Лекция 9. Центральная нервная система.
Нейроны и нейронные цепи. Центральное торможение
75
Лекция 10. Нервные центры и рефлексы. Принципы
координации рефлексов
81
Лекция 11. Моторные функции и их регуляция
86
Лекция 12. Вегетативная нервная система
97
Лекция 13. Функции сенсорных систем (анализаторов)
105
Лекция 14. Общие свойства сенсорных систем. Боль
110
Лекция 15. Общая характеристика функций
коры больших полушарий. Условные рефлексы
120
Лекция 16. Механизмы выработки временной связи.
Обучение. Память
126
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 17. Торможение в коре больших полушарий.
Биоритмы. Сознание и его уровни. Сон
136
Лекция 18. Аналитико-синтетическая деятельность мозга.
Особенности психофизиологии человека.Внушение и гипноз.
Типы ВНД
147
Лекция 19. Мотивации. Эмоции. Поведение как высшая форма
интегративной деятельности организма
158
Лекция 20. Физиология эндокринной системы
166
Лекция 21. Стресс
176
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПРЕДИСЛОВИЕ
О, сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух,
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог изобретатель.
А. С. Пушкин
Настоящий труд является четвертым, дополненным и переработанным изданием лекций кафедры нормальной физиологии для студентов.
При подготовке этого пособия было использовано третье издание лекций.
За последние десять лет значительно выросла квалификация преподавателей. В соответствии с этим данное издание представляет собой труд
восьми сотрудников кафедры, избравших для написания лекций темы,
наиболее близкие им по научным исследованиям.
Эти материалы не могут заменить работу студента на лекциях и вне
аудитории – с учебником. Живое слово лектора имеет большое мотивирующее значение. Кроме того, при изложении наиболее информационных
и трудных вопросов обычно используются особые приемы: повторение в
разных формах одного и того же материала, примеры и аналогии, диалог с
аудиторией, рисунки, слайды и т. д.
Изложенные письменно конспекты лекций лишены этого преимущества: их язык строг и лаконичен, в тексте мало иллюстраций. Однако студентам, пропускающим лекционные занятия, тексты лекций будут полезными для освоения материала. Даже в том случае, когда студент посещает и
конспектирует лекцию, ее авторское письменное изложение представляет
существенное дополнение к имеющимся у студента источникам информации. Это показал наш первый опыт издания конспектов лекций в 1993 году.
Авторы надеются, что и четвертое издание материалов лекций поможет студентам освоить быстро развивающуюся науку медицинскую физиологию – основу клинической медицины.
Проф. Н. А. Барбараш
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вводная лекция
Только пройдя через огонь эксперимента,
медицина станет тем, чем быть должна, т. е.
сознательной, а следовательно, всегда и везде
целесообразно действующей.
И. П. Павлов
Физиология – ключ, открывающий врачу
двери в храмину тела человеческого.
И. Т. Глебов
1. Предмет и методы исследования
Физиология (Ф.) – наука о функциях и механизмах жизнедеятельности
организма в условиях его взаимодействия с внешней средой. Цель физиологии – проникновение в «логику жизни», «мудрость тела», как это выразил на
Международном конгрессе физиологов австрийский ученый Э. Вейбл.
Ф. делится на: 1) общую, частную и эволюционную (возрастную и
экологическую); 2) Ф. здорового и больного организма; 3) Ф. растений,
животных и человека, включая Ф. питания, спорта, труда (авиационных,
подводных работ и т. д.). Ф. является фундаментом медицины. Многие методы исследования и лечения разработаны в лабораториях физиологов.
Методы физиологических исследований можно разделить на наблюдения и эксперименты, обычно сочетающиеся друг с другом. Если наблюдение,
т. е. получение информации о физиологических процессах, обычно предполагает невмешательство исследователя в осуществление изучаемого процесса, то
эксперимент (опыт) представляет собой такое исследование, при котором изучаемое явление заранее ставится в известные экспериментатору условия. Такими условиями могут быть изменения свойств внешней среды (охлаждение,
снижение концентрации кислорода и др.), взаимоотношений органов (тканей),
например, при денервации, ограничении кровотока и др.
Эксперименты могут быть острыми – кратковременными, обычно
проводящимися в условиях обезболивания и обездвиживания животного,
вскрытия кожных покровов и обнажения органа, и хроническими. Последние отличаются большей продолжительностью (дни, месяцы, годы) и проводятся в более адекватных условиях, т. е. на бодрствующем животном,
оправившемся после ранее проведенных хирургических операций.
Ф. изучает функции и деятельность как реакции отдельных клеток,
тканей (функции) или совокупности органов и тканей (деятельность) на
раздражения, т. е. действие раздражителей (стимулов). Стимулами (раздражителями) являются разнообразные изменения внешней или внутренней среды: физические (электрические, механические, световые, термиче6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ские и др.), физико-химические (осмотические и др.), химические (изменения концентрации различных веществ).
Физиологическая система – это совокупность различных тканей,
органов и других структур, проявляющая интегративные свойства, не сводящиеся к свойствам элементов системы. Системообразующим фактором
является общий результат деятельности элементов системы. Примером
может служить система стабилизации газового состава крови, в которую
входят органы дыхания, кровообращения, кровь, нервные центры, железы
внутренней секреции, рецепторы и связующие их друг с другом нервные
пути. Результатом работы этой важной системы является та или иная концентрация в крови кислорода, углекислого газа, водородных ионов.
2. Процессы регуляции
В организме существуют системы различных уровней – клеток, тканей, органов, а также межорганные, организменные и система «организм +
внешняя среда». На каждом из этих уровней «работают» механизмы гетерорегуляции – управления системой стимулами другой, «вышестоящей»
системы – и саморегуляции, т. е. управления системой за счет стимулов,
возникающих в ней самой. Саморегуляцией называют автоматическое
поддержание стабильности параметра организма. «Золотое правило саморегуляции» состоит в том, что отклонение значения параметра – это толчок
к мобилизации аппарата, его восстанавливающего. Примером гетерорегуляции системы кровообращения может быть повышение кровяного давления при физической нагрузке под влиянием моторных нервных центров, а
также импульсов мышечных рецепторов. Примером саморегуляции этой
же системы может быть изменение деятельности сердца при внезапном
изменении кровяного давления, т. е. под влиянием гемодинамического
нервного центра, получившего информацию от рецепторов кровеносных
сосудов.
Существуют нервные, гуморальные, нервно-гуморальные и физические механизмы регуляции. Последние сводятся к целесообразным прямым реакциям клеток, тканей, органов на изменения температуры, давления
(гидростатического, осмотического) и некоторых других физических факторов. Примерами могут быть повышение сократительной активности сердца
при увеличении нагрузки объемом (закон Франка – Старлинга), ускорение
диссоциации оксигемоглобина при повышении температуры тканей, снижение мочеобразования при появлении препятствий на пути выведения мочи.
Гуморальная регуляция обеспечивается влиянием метаболитов,
гормонов и других биологически активных веществ (БАВ); обычно эти
факторы влияют одновременно на многие ткани.
В последние годы стало известно об участии в гуморальной регуляции иммунологических механизмов. Оказывается, у здорового человека и
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
животных вырабатываются в небольших количествах аутоантитела (AT) к
некоторым собственным пептидам и ферментам: ВИП (вазоактивному интестинальному пептиду), калликреину и др. Такие влияния могут быть
длительными, многодневными.
В опытах на крысах (Р. А. Данилова, И. П. Ашмарин, 1994) показано,
что введение AT к алкогольдегидрогеназе (разрушающей в организме собственный этанол) снижает у крыс потребность в экзогенном этаноле (эта
потребность, очевидно, увеличивается при уменьшении количества эндогенного этанола). Ученые считают, что иммунологические регуляторные
воздействия могут использоваться не только для лечения алкоголизма, но
и для ограничения страха, судорожных состояний, стрессреакций и др.
В роли гуморальных регуляторов выступают, кроме гормонов, метаболитов и антител, еще и особые полипептиды, получившие название цитокинов,
факторов роста и др. Открыто более 300 различных регуляторных пептидов.
Нервная регуляция, обычно имеющая в своей основе рефлекторный
механизм, отличается большей избирательностью и срочностью влияний,
она представлена условными и безусловными рефлексами. С формированием второй сигнальной системы (у человека) появляется высшая – психическая форма нервной регуляции: словесное внушение. Слово врач происходит от древнерусского «врать», т. е. «говорить, успокаивая, убеждая».
Часто механизмы рефлекторной регуляции приводят к повышению
секреции гормона, который, попадая в кровь, влияет на функцию органа
(нервно-гуморальная регуляция).
Признание мощности, широты и значимости нервных регуляторных
влияний в организме выражается принципом нервизма, т. е. главенствующей роли нервной системы в жизнедеятельности здорового и больного организма человека. Этот принцип сформировался благодаря трудам выдающихся физиологов и клиницистов XIX–XX вв.
И. М. Сеченов, «отец русской физиологии», пришел к выводу, что
«все акты сознательной и бессознательной жизни суть рефлексы».
Основатель учения о гомеостазе Клод Бернар утверждал, что постоянство внутренней среды – это работа мозга.
Французский невропатолог Бонье сформулировал принцип нервизма
так: «Нервная система все знает и все может, если она не знает – мы болеем, если она не может – мы умираем». Выдающийся ученый-терапевт
С. П. Боткин создал нейрогенную теорию патологии.
И. П. Павлов более 30 лет своей жизни посвятил изучению высших
(психических) механизмов регуляции; его учениками развито учение о
кортико-висцеральной патологии.
Значение регуляции функций состоит в обеспечении четкого выполнения основных жизненных программ организма: «Гомеостаз», «Рост и
развитие», «Продолжение рода», которые тесно взаимосвязаны.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одним из фундаментальных понятий физиологии является гомеостаз.
Истоки учения о нем связаны с работами Клода Бернара (1878). В настоящее время различают соматический гомеостаз – генетическое постоянство клеток, тканей организма – и функциональный гомеостаз, или, более
коротко, гомеостаз – динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и некоторых функций организма. Это постоянство выражается константами – параметрами, которые могут быть более стабильными
(«жесткие» константы, например, рН, соотношение концентрации в плазме
крови Na+ и К+, Са2+ и Mg2+) и менее стабильными («мягкие» константы,
например, системное артериальное давление, объем циркулирующей крови
и др.). Организм допускает более широкие отклонения «мягких» констант,
и это способствует поддержанию стабильности жестких параметров внутренней среды.
Лекция 1. Системы регуляции
физиологических функций организма
Повсюду, где мы встречаем жизнь,
мы находим, что она связана с процессами
управления, и повсюду, где мы встречаем
процессы управления в природе, мы без
исключения встречаем и явления жизни.
В. А. Трапезников
1. Основные понятия, определения
Регуляция функций – это направленное изменение интенсивности
работы органов, тканей, клеток для достижения полезного
приспособительного результата в соответствии с запросами
метаболизма организма в различных условиях его жизнедеятельности.
Система – любая совокупность взаимодействующих устройств и
процессов, выполняющих в целом определенную функцию. Каждый из
элементов системы может выполнять одну или группу подчиненных функций
(подфункций), но только в совокупности и взаимодействии элементы, образующие систему, способны осуществить полную функцию. Например, система кровообращения в целом выполняет транспортную функцию. Составные
элементы системы кровообращения – сердце и кровеносные сосуды – поразному участвуют в осуществлении транспортной функции. Сердце нагнетает
в сосуды кровь и тем самым служит насосом (это подфункция относительно
всей транспортной функции). Кровеносные сосуды – магистрали для движения крови. Вместе с тем, артерии эластического и мышечного типов, капилляры и вены выполняют свои дополнительные функции в обмене веществ через
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
капиллярную стенку. Все это подфункции общей транспортной функции сердечно-сосудистой системы.
Кодирование – перевод одной системы символов в другую.
Примером может служить работа рецепторов. Рецепторы кодируют
информацию о среде, т. е. преобразуют сигналы, не воспринимаемые
мозгом, в другие сигналы, понятные ему. В центральной нервной системе
наиболее изучено частотно-фазовое кодирование, представляющее собой
изменяющийся во времени и по частоте поток нервных импульсов.
Сигнал – материальный носитель информации, имеющий самую
разнообразную физическую природу: звуковой тон, выстрел, порыв ветра,
извержение вулкана, дождь, биопотенциал и т. п.
Сообщение – совокупность сигналов.
Информация – сообщение, несущее воспринимающей системе
что-то новое, которое может быть использовано в системе для
формирования управляющих воздействий, приводящих к целенаправленной
деятельности объекта регулирования. Об информации речь может идти
только в том случае, если адресат получает из сообщения что-то новое,
снимая неопределённость. Следовательно, информация, содержащаяся в
сообщении, есть мера того количества неопределённости, которое
ликвидируется после получения данного сообщения.
Единица измерения информации – двоичная единица «BIT».
Термин произошел от английского словосочетания binary digit – двоичная
единица. Один бит количественно характеризует такую информацию,
которая полностью устраняет неопределенность выбора между двумя
равновероятными возможностями.
Канал связи – путь передачи информации. Любой канал связи
состоит из источника информации ИИ, кодирующего устройства КУ,
линии передачи ЛП, декодирующего устройства ДКУ и приёмника
информации ПИ (рис. 1).
ИИ
КУ
ЛП
ИУ
ПИ
Рис. 1. Схема канала связи
В качестве примера возьмём двух разговаривающих людей. Головной
мозг первого – источник информации (ИИ). Информация выдаётся мозгом в
виде потоков биологических потенциалов. Кодирующее устройство (КУ)
осуществляет частотно-фазовое кодирование, представляющее собой
изменяющийся во времени и по частоте поток нервных импульсов, переводит
потоки биопотенциалов в систему управляющих сигналов, идущих к мышцам:
языка, голосовых связок, щёк, системы дыхания. Их интегрированная
деятельность модулирует воздушный поток в колебания воздушной среды,
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
формируя поперечные звуковые волны в окружающей среде. Следовательно,
газовая среда обитания человека является линией передачи (ЛП). Звуковые
волны попадают в наружное ухо слушающего человека, вызывают колебания
мембраны наружного уха. Высокоамплитудные колебания мембраны
наружного уха трансформируются системой косточек среднего уха в
низкоамплитудные, но усиленные в 50–70 раз. Это обеспечивает возбуждение
колебаний эндолимфы внутреннего уха, представляющего собой
декодирующее устройство (ДКУ), переводящее колебания водной среды в
потоки биопотенциалов, поступающих в височную область коры больших
полушарий – приёмник информации (ПИ).
Функции каналов связи заключаются в передаче сигналов и не
более. Каналы связи подразделяются на два вида:
Канал прямой связи – путь передачи сигналов управления от
регулирующего устройства к объекту регуляции (рис. 2).
ОР
РУ
Рис. 2. Схема разомкнутой системы регуляции
По каналам связи передаются сигналы управления, сформированные
на основе принципа дуализма – двойственного начала. Этот принцип
проявляется посылкой к объекту регуляции сигналов управления, как
возбуждающих, так и тормозящих. Реализуется он через выделение в
синапсах тормозящих и возбуждающих медиаторов.
Канал обратной связи – путь передачи сигналов от объекта
регуляции (ОР) к регулирующему устройству (РУ). Бытующее выражение
типа «... канал обратной связи регулирует...» следует считать
неграмотным, потому что канал обратной связи передаёт только сигналы
от регулируемого объекта к регулирующему устройству (рис. 3).
ОР
РУ
Рис. 3. Схема замкнутой (обратной связью) системы регуляции
Если обратные связи обеспечиваются рецепторами самого
исполнительного органа, то говорят о внутреннем контуре обратной связи.
Наряду с внутренним существуют и внешние контуры. В данном случае
слово внешний подразумевает участие таких рецепторных аппаратов,
которые не принадлежат эффектору первичной рефлекторной дуги.
Например, при письме движения руки контролируются как рецепторами ее
мышц и сухожилий, так и другими сенсорными системами – в первую
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
очередь, зрительным анализатором. В необходимости такой обратной
связи легко убедиться при попытке писать с закрытыми глазами. По
конечному эффекту передаваемых сигналов обратную связь подразделяют
на отрицательную и положительную.
Отрицательная обратная связь – связь, ограничивающая
возбуждение в системе в результате того, что сигналы от ОР идут на
вход РУ в противофазе входному сигналу, циклическое их движение с
выхода на вход в итоге уменьшает амплитуду выходного сигнала.
В случае их равенства выходной сигнал может достигать нулевых
значений. Это один из примеров торможения (выключения) на уровне
системы. Без отрицательной обратной связи невозможно представить
такие процессы, как противовоспалительные и антистрессорные,
формирующиеся под действием гормонов и ограничивающие процесс
воспаления или устраняющие последствия стрессовых ситуаций.
Положительная обратная связь - связь, усиливающая возбуждение
в системе в результате того, что сигналы от ОР идут на вход РУ в фазе
с входным сигналом объекта. Без положительной обратной связи
невозможно объяснить механизм формирования реакции стресса.
Пусковым стимулом такой реакции является действие неблагоприятных
факторов внутренней или внешней среды, формирующее стойкую
доминанту. Доминанта запускает эрготропные реакции, активирующие
симпато-адреналовую систему. В результате в крови появляется
адреналин, активирующий работу органов, противостоящих действию
стрессирующих факторов. Продолжающееся действие стрессора приводит
к ещё большему выделению адреналина, т. к. он активирует нервные
симпатические центры, стимулирующие надпочечники, – источник
адреналина: его концентрация в крови при стрессе может повышаться
более, чем в 100 раз, это помогает организму выжить путём поддержания
параметров гомеостаза на необходимом уровне.
2. Системы автоматического регулирования (САР)
Систему автоматического регулирования (САР) изображают обычно
в виде структурной схемы, представляющей собой набор элементов,
каждый из которых выполняет определенную подфункцию, описан
математическим выражением и соединен с другими элементами линиями
со стрелками, указывающими на однонаправленные причинноследственные связи, существующие в системе. Рассмотрим строение и
работу САР: регулирования по отклонению, по возмущению, их сочетания
и основанную на предвосхищении грядущих событий на основании их
прогнозирования. Эти системы состоят из нескольких основных
элементов, в частности, отраженных на рисунке 4.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Объект регулирования (ОР) – элемент системы автоматического
регулирования, в котором протекает процесс, подлежащий регулированию.
На выходе ОР имеется выходная характеристика системы – y(t). Она
представляет собой зависимость значения регулируемого параметра от
времени. Это значение должно поддерживаться в определенном интервале.
Объект регулирования должен иметь входы, через которые можно
воздействовать на него и изменять значения его параметров. Выход объекта
регулирования характеризуется выходными параметрами. Для биологии
характерны нелинейные объекты с большим числом регулируемых
параметров, однако в ряде важных случаев в качестве первого приближения
можно ограничиться рассмотрением объекта регулирования с одним входом
и одним выходом. Он называется линейным объектом и описывается
обыкновенным линейным дифференциальным уравнением.
Аппарат сравнения (АС) выполняет операцию алгебраического
сложения, имеет два входа. Один из них служит для приема выходной
характеристики системы – y(t), другой – для приема эталонной функции –
х0(t), с которой в АС сравнивается выходная характеристика. Эталонная
функция является образцом для выходной характеристики САР, и вся
работа САР по отклонению направлена на то, чтобы y(t) не отличалась от
своего образца x0(t). Эталонную функцию принято называть задающим
воздействием, установкой или программой.
В каждый момент времени АС вычитает из х0(t) соответствующие
значения у1(t). В результате на выходе АС формируется сигнал
рассогласования (иначе его называют ошибкой регулирования) – е(t) =
х0(t) – у1(t). Знак ошибки рассогласования указывает, в какую сторону
отклонился регулируемый параметр. Значение е(t) может быть равным
нулю. Отсутствие ошибки рассогласования означает полное соответствие
преобразованной выходной характеристики y(t) заданному параметру x0(t).
В этом случае на регулирующее устройство и далее на объект
регулирования корректирующие сигналы не поступают, и САР выходит на
стационарный режим работы. При этом параметры ОР не изменяются.
Пусковым моментом, запускающим в работу САР по отклонению,
является появление е(t), отличной от нуля. В результате регулирующее
устройство изменяет свой выходной сигнал – s(t), вследствие чего ОР
работает по-другому, приближая выходную характеристику y(t) к
заданному параметру x0(t).
Регулирующее устройство (РУ) необходимо для управления объектом
регулирования (обычно это нервный центр или эндокринная железа). В нем
формируется управляющий сигнал (команда) на основе знака и амплитуды
ошибки рассогласования е(t), поступающей из аппарата сравнения.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Измерительное устройство (ИУ) служит для оценки и контроля
текущего значения регулируемого параметра y(t). Измерительное
устройство, как и объект регулирования, может быть нелинейным и
описываться дифференциальным уравнением, однако в большинстве
случаев измерительное устройство осуществляет простое линейное
преобразование одного вида импульсов в другой вид (т. е. с другой
размерностью). В цепи обратной связи показаны две функции: до
измерительного устройства – y(t) и после него – у1(t).
Регулирование по отклонению осуществляется при появлении
ошибки по отклонению e(t) на выходе АС в САР.
X0(t)
АС
e(t)
s(t)
РУ
y1(t)
ОР
y(t)
y(t)
ИУ
Рис. 4. Схема регуляции по отклонению
Следовательно, САР по отклонению ориентируется на свои собственные параметры, формирующиеся в её рабочих элементах. Возмущающие воздействия внешней среды учитываются при этом только косвенно в
момент появления ошибки по отклонению e(t) внутри САР.
Непосредственную оценку параметров внешней среды осуществляет
система САР по возмущению (рис. 5).
v(t)
v(t)
v(t)
X0(t)
ИУ
″
АС
e(t)
e(t)
РУ
s(t)
s(t)
ОР
y(t)
Рис. 5. Схема регуляции по возмущению
В системах автоматического регулирования по возмущению
непосредственным сигналом к изменению режима работы регулятора
служит реакция на возмущающие факторы – v(t). К ним относятся любые
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
изменения внешней среды, способные нарушить исходные режимы работы
объекта регулирования. Для предупреждения таких нарушений в САР по
возмущению имеются измерительное устройство возмущающего фактора
(ИУ) АС, РУ и ОР. Под влиянием v(t) в ИУ возникает сигнал v(t)",
поступающий на вход АС. Ошибка по отклонению в данной схеме в АС
формируется по следующей формуле: E(t) = X0(t) − V(t)". Выходные
сигналы АС корректируют работу РУ, вследствие чего управляющая
функция s(t) изменяется таким образом, чтобы обеспечить
функционирование объекта регулирования в оптимальном режиме,
несмотря на существование возмущающих факторов.
Когда даже кратковременное рассогласование x0(t) и y(t)
недопустимо, используется система комбинированного регулирования,
представляющая гибрид регуляции по возмущению и по отклонению.
Комбинированная схема регуляции работает по типу упреждения
возможных отклонений параметров объекта регуляции в результате
измерения параметров окружающей среды и формирования при этом
упреждающей ошибки рассогласования E(t). Это более совершенная форма
регуляции функций организма по сравнению с механизмами управления,
включающимися вслед за изменением выходной характеристики. Она
позволяет поддерживать более стабильные параметры объекта регуляции,
как правило, по апериодическому типу.
На рисунке 6 показана автоматическая комбинированная система
регуляции. Она отличается от схемы САР по рассогласованию
дополнительным каналом прямой связи, направляющим в аппарат
сравнения параметры окружающей среды v(t). В схеме появляется
измерительное устройство ИУ1.
Измерительное устройство (ИУ1) преобразует параметры v(t) в
сигналы, понятные АС. В реальной действительности функцию
измерительных устройств выполняют специализированные рецепторы. Их
сигналы выводят систему из стационарного состояния. Итогом является
изменение выходного параметра САР y(t) объекта регуляции (рис. 6). Для
простоты рассмотрения на схеме показано стрелкой воздействие v(t)
только на объект регуляции, хотя в реальной жизни влияние внешней
среды распространяется на все элементы схемы.
Это приводит к усложнению структуры САР и повышению качества
работы АС. Ему приходится оперировать тремя переменными: параметрами
окружающей среды V(t), выходными параметрами системы Y(t) и заданными
параметрами X0(t). Уравнение, описывающее получение ошибки отклонения,
выглядит следующим образом: E(t) = X0(t) − Y(t) − V(t). Ошибка отклонения
E(t) осуществляет коррекцию выходных параметров САР таким образом,
чтобы противостоять возмущающим воздействиям окружающей среды.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
v(t)
ИУ1
х0(t)
v1(t)
e(t) e(t)
АС
РУ
v(t)
s(t)
s(t)
ОР
y (t)
y1(t
y1(t
ИУ
y(t)
Рис. 6. Схема комбинированного регулирования
Саморегуляция по прогнозированию является самой совершенной и
основана на выработке условных рефлексов. Условнорефлекторный сигнал
является сигналом, побуждающим организм заранее подготовиться к
действию возмущающего фактора внешней или внутренней среды.
Качество регуляции САР
Оно оценивается по переходным процессам. Под переходным
процессом следует понимать реакцию системы на единичное
дозированное возмущающее воздействие, выводящее систему из
стационарного состояния B на новый стационарный уровень А (рис. 7).
Различают два вида переходных процессов: с перерегуляцией (1) и
апериодический (2) (рис. 7). Переходный процесс с перерегуляцией (1)
характеризуется большими отклонениями заданного параметра по
амплитуде [выходит за границы допустимых отклонений ошибки
рассогласования (±E)] и во времени (Т). Этот процесс характеризует
систему как нестабильную, длительно устанавливающую параметры
нового стационарного состояния с уровня А на уровень В (пунктирная
линия) в течение временного отрезка ∆Τ1. Апериодический переходный
процесс, наоборот, показывает, что система высокостабильна; за более
короткий отрезок времени (∆Τ2) в пределах допустимой ошибки
рассогласования ±E система устанавливает заданные параметры.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
2
В
±E
А
Τ
∆Τ
2
∆Τ1
Рис. 7. Графики и параметры переходных процессов
Велика роль переходных процессов в диагностике заболевания
задолго до проявления его явных признаков. Они позволяют сделать
заключение о начальных стадиях патологии и превентивными
мероприятиями предупредить развитие болезни. Для этого необходимо
«нагрузить» интересующую врача систему, например, сердечнососудистую: попросить больного выполнить стандартную физическую
нагрузку. При этом сердечно-сосудистая система переходит из
стационарного состояния на новый уровень. При сравнении полученных
параметров с исходными врач оценивает состояние системы.
Переходные процессы позволяют оценивать профессиональную
ориентацию человека к тому или иному виду трудовой деятельности.
Например, работа, требующая от исполнителя собранности и быстрой
реакции, будет успешно выполняться человеком с переходными
характеристиками ЦНС апериодического типа (2). Трудовая деятельность,
требующая меньшего напряжения ЦНС, будет хорошо выполнена
человеком, имеющим переходные характеристики типа перерегуляции (1).
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Теории регулирования в физиологии
Разработаны две теории: рефлекторная и теория функциональных
систем. Рефлекторная теория является классической, и она
рассматривает регулирование как линейный процесс по принципу: есть
раздражитель – формируется на базе рефлекса ответная реакция как
результат воздействия раздражителя на рецептор. Формируется
возбуждение, поступающее по афферентным каналам в нервный центр, из
которого после обработки поступивших сигналов по эфферентным
каналам сигналы управления направляются к тому или иному эффектору
(классический механизм работы рефлекторной дуги).
Однако организм может формировать реакцию без действия
внешних раздражителей на основе определённой потребности. В
результате действия на пищевой нервный центр «голодной» крови
животное отправляется на поиски пищи, находит и, принимая её,
устраняет сформировавшуюся доминанту. В приведённом примере чётко
просматривается роль формирования потребности, т. е. внутренних
стимулов, в реализации соответствующих рефлекторных механизмов,
приводящих к достижению цели.
Впервые на значение цели для построения приспособительных реакций указал И. П. Павлов в статье «Рефлекс цели» (1916). К сожалению, замечательные мысли И. П. Павлова не нашли немедленного развития в трудах его учеников и последователей.
Ученик И. П. Павлова П. К. Анохин развил мысль учителя о
движущей роли «цели» в формировании целенаправленной деятельности
организма. Признание «цели» потребовало отказа от традиционного
мышления только с позиции рефлекса. Согласно классическим
представлениям, рефлекс развертывается «линейно» и реализуется
последовательно от момента действия раздражителя до формирования
ответной реакции. Понятие «цели», естественно, требует признания такой
формы реагирования, при которой сама «цель», а не только воздействия
извне формируют действия, опережающие реальные события.
Механизм реализации «цели» не может быть объяснен с позиции
классической рефлекторной теории без такого понятия, как обратная связь.
Фундаментальный анализ значения обратной связи для биологии и, в
частности, для рефлекторных процессов осуществил академик
П. К. Анохин (1935), разработав теорию функциональных систем,
составным элементом которой явилась классическая рефлекторная теория
со всеми основными понятиями. Взяв за основу только выходные функции
схем регуляции САР по отклонению и возмущению, разработанные отцом
кибернетики Норбертом Винером, П. К. Анохин блестяще применил
математический аппарат кибернетики для описания работы систем
регуляции организмов человека и животных.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Функциональные
системы
саморегуляции
–
широкое
функциональное объединение различно локализованных структур на
основе общего полезного приспособительного результата.
Центральным системообразующим фактором каждой функциональной
системы является результат её деятельности, определяющий в организме
нормальные условия течения метаболических процессов. По определению
П. К. Анохина, «ни одна организация, сколь обширна она ни была бы по
количеству составляющих её элементов, не может быть названа
самоуправляемой, саморегулируемой системой, если её функционирование, т. е.
взаимодействие частей этой организации, не заканчивается каким-либо
полезным для системы результатом и если отсутствует обратная информация
в управляющий центр о степени полезности этого результата». П. К. Анохин
условно выделил три группы полезных приспособительных результатов.
Первая группа – внутренние константы организма, гомеостатические
показатели, определяющие его нормальную жизнедеятельность. Это
содержание в организме питательных веществ, солей, воды, кислорода и
углекислого газа, уровень артериального давления, температуры и т. д.
Вторая группа – результаты поведенческой приспособительной
деятельности, направленной на удовлетворение биологических потребностей
(потребления пищи, избегания опасностей), сохранение вида и рода
(отыскание особи противоположного пола).
Третья группа – результаты зоосоциальной деятельности животных
и социальной деятельности человека.
Параметры полезных приспособительных результатов первой и
второй групп задаются метаболическими процессами организма (рис. 8).
Примером может служить работа функциональной схемы
саморегуляции артериального давления. Повышение артериального
давления воспринимается специальными образованиями, расположенными
в стенках сосудов, – баро-, или прессорецепторами, возбуждение которых
по нервному каналу обратной связи поступает в виде потоков нервных
импульсов в аппарат центральной регуляции – сосудодвигательный центр.
Состояние
сосудодвигательного
центра
продолговатого
мозга
координируется высшими отделами вегетативной саморегуляции, к
которым относятся структуры лимбико-гипоталамо-ретикулярного
комплекса.
Эфферентные посылки интегрированных команд из головного мозга
приводят: к перераспределению крови, выключению из общей циркуляции
некоторого объема крови путем задержки ее в депо, изменению процессов
кроветворения, массы крови, просвета артериол и скорости кровотока, что
приводит к соответствию АД запросам метаболизма. Роль гормональной
системы, например, в случае «выброса» адреналина с сосудистое русло,
сводится к модуляции работы отдельных звеньев функциональной системы.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 8. Схема функциональной системы саморегуляции
артериального давления
Именно результат деятельности системы, объединяя отдельные
структурные системы регуляции организма в функциональную, определяет
и направляет её динамичную работу на приведение к интересующим
организм на данный момент времени параметрам полезного
приспособительного результата – артериального давления.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 2. Система крови: роль в организме, свойства,
функции, механизмы регуляции
... и капли крови твоей горячей, как
искры, вспыхнут во мраке жизни и
много смелых сердец зажгут безумной жаждой свободы, света!
М. Горький
1. Понятие о системе крови, ее роли и функциях
Система крови включает в себя: кровь циркулирующую и
находящуюся в кровяных депо; органы кроветворения, кроворазрушения,
кровераспределения и аппарат регуляции этих процессов. Система крови –
понятие скорее физиологическое, нежели анатомическое. Впервые такое
определение системы крови дал советский терапевт Ф. Г. Ланг (1939).
Кровь является жидкой тканью, которая, наряду с тканевой жидкостью и
лимфой, создает внутреннюю среду организма; в этом основная роль
крови. Кровь – универсальная внутренняя среда организма, т. к. ее состав и
свойства практически не зависят от вида снабжаемых ею органов, что
обусловливает единство организма.
Значение крови заключается в обеспечении выполнения функций
другими системами. Без крови нет жизни. Существующее выражение, что
в капле воды отражается весь мир, можно перенести и на кровь; в капле
крови отражается состояние всего организма; кровь – его зеркало. В
дополнение к давно используемым биохимическим и клиническим
показателям московские ученые – академик РАМН В. Н. Шабалин и
профессор С. Н. Шатохина (1996) предложили по образующемуся при
высыхании 0,02 мл крови рисунку определять состояние различных систем
организма, прогнозировать развитие некоторых заболеваний и оценивать
эффективность проводимого лечения.
Основные функции крови: гомеостатическая, транспортная,
защитная и обеспечение генетического постоянства клеток организма.
2. Суспензионные свойства крови
Периферическая кровь – суспензия, в которой клеточные элементы
взвешены в коллоидном растворе плазмы. Взвешенное состояние форменных элементов в крови обеспечивается благодаря тому, что:
1) форменные элементы имеют отрицательный заряд и поэтому отталкиваются друг от друга; 2) вязкость крови создает дополнительное сопротивление оседанию форменных элементов крови; 3) кровь непрерывно движется.
Если же циркуляция крови прекращается, то происходит оседание формен21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных элементов. Это возможно в кровяных депо, в капиллярах – в виде агрегации эритроцитов. Существуют три феномена нарушения суспензионных
свойств крови: а) гемагглютинация (необратимое склеивание эритроцитов
при встрече одноименного антигена и антитела, например, при переливании
несовместимой по групповой принадлежности крови); б) коагуляция (свертывание крови); в) агрегация (обратимое скучивание форменных элементов). Эти феномены могут развиваться как в норме, так и при патологии.
Суспензионные свойства крови могут быть оценены по скорости
оседания эритроцитов (СОЭ) в неподвижной крови. У одного и того же
человека в различных состояниях СОЭ может быть разной. Этот параметр
возрастает после приема пищи, в вечернее время суток. У мужчин он
составляет 1–10, у женщин – 2–15 мм/час. В норме более низкие значения
характерны для новорожденных детей, высокие – для беременных
женщин, лиц, старше 55–60 лет. СОЭ является важным лабораторным
параметром, позволяющим в совокупности с другими данными поставить
диагноз и оценить эффективность проведенного лечения.
2.1. Механизмы оседания и факторы, влияющие на СОЭ. В
оседании эритроцитов условно можно выделить два этапа:
1) образование «монетных столбиков» – агломератов форменных
элементов (в основном эритроцитов) и 2) оседание этих «столбиков».
Механизм формирования монетных столбиков сложен и изучен
недостаточно. Его связывают с электрическими свойствами мембраны
эритроцитов. В норме электрический заряд поверхности эритроцитов
(Z-потенциал) отрицательный и равен –15 мB. Его создают сиаловые кислоты,
входящие в состав мембраны эритроцита. Величина заряда зависит от возраста
эритроцита и белкового состава плазмы крови. Увеличение отрицательного
заряда усиливает взаимное отталкивание эритроцитов, препятствует их
агрегации и оседанию. Факторы, уменьшающие отрицательный заряд
эритроцитов, напротив, способствуют увеличению СОЭ. Так, молодые формы
эритроцитов (ретикулоциты) имеют более отрицательный заряд, чем зрелые
формы, поэтому при резком увеличении числа ретикулоцитов СОЭ
уменьшается. При значительном изменении формы эритроцитов, например,
при серповидноклеточной анемии, уменьшается способность эритроцитов к
агрегации и СОЭ также уменьшается.
СОЭ зависит и от состояния плазмы крови. Так, увеличение
содержания в плазме грубодисперсных белков (фибриногена, альфа- и
гамма-фракций глобулинов) приводит к увеличению СОЭ. Это явление,
вероятно, связано со снижением отрицательного заряда эритроцитов под
влиянием белков плазмы. Ведущую роль отводят фибриногену (в норме
заряд его молекул положительный): он либо адсорбируется на мембране
эритроцита, либо создает клейкую оболочку, которая снижает
Z-потенциал. Вещества плазмы крови, активно влияющие на СОЭ,
обозначаются термином – агломерины. К их числу относятся фибриноген,
гаптоглобин, церрулоплазмин. Их образование резко увеличивается при
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
острых воспалительных процессах. Отсюда высокая СОЭ типична для
больных с острым воспалением, при инфаркте миокарда, анемии,
злокачественной опухоли, лейкозе.
СОЭ зависит от физико-химических свойств плазмы крови: при
уменьшении рН, температуры и увеличении вязкости крови СОЭ уменьшается.
Таким образом, СОЭ определяется числом эритроцитов, их
морфологическими особенностями и физико-химическими свойствами
плазмы. В свою очередь, эти параметры зависят от состояния организма.
На результат анализа СОЭ влияют:
1) Длительность реакции: если реакция идет 2 часа и более, то СОЭ
начинает снижаться.
2) Сроки хранения крови: для проведения реакции лучше использовать свежую кровь.
3) Возраст пациента: у пожилых людей кровь менее устойчива, чем
у молодых.
4) Обезболивающие вещества: после их применения эритроциты не
оседают в течение 3 часов.
Таким образом, на СОЭ влияют не только наличие или отсутствие
воспалительного процесса, но и общее состояние организма, и условия
проведения реакции.
3. Гемолиз, виды, механизм
Гемолиз – разрушение эритроцитов вследствие как внутренних дефектов клетки (например, при наследственном сфероцитозе), так и влияния разных факторов микроокружения. Он развивается при значительном повышении температуры тела (термический гемолиз), под влиянием меди, мышьяка
(токсический гемолиз), бактериальных эндотоксинов (биологический гемолиз); в результате механического повреждения клетки (например, при прохождении через мелкие сосуды) – механический гемолиз, при помещении
крови в 0,43 % раствор хлористого натрия (осмотический гемолиз), при растворении оболочки эритроцитов под действием кислоты (химический гемолиз), при переливании крови несовместимой группы. При этом содержимое
клетки выходит в плазму, а клеточные обломки фагоцитируются макрофагами. Массовый гемолиз эритроцитов может привести к снижению общего количества циркулирующих эритроцитов (гемолитическая анемия).
Механизм осмотического гемолиза. Осмотическое давление в
эритроцитах несколько выше, чем в плазме крови, что обеспечивает тургор
клеток. При помещении эритроцитов в гипотоническую среду вследствие
поступления воды в эритроциты, разрыва мембраны и выхода гемоглобина в окружающую среду может наступить осмотический гемолиз. Критический объем эритроцита человека, при котором начитается гемолиз, составляет 146 % первоначального объема. Эритроциты здорового человека
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
начинают гемолизироваться в 0,44–0,48-процентном растворе хлорида натрия и полностью гемолизируются в 0,28–0,32-процентном растворе.
Механизм химического гемолиза. Под действием химических
агентов (эфир, бензол, спирт и др.) происходит повреждение мембраны
эритроцитов, нарушается расположение молекул липидов в ней с образованием пор и выходом гемоглобина.
Стадии гемолиза: прегемолитическая (увеличение проницаемости
оболочки эритроцита), гемоглобинолиз (распад гемоглобина), собственно
гемолиз (выделение гемоглобина), строматолиз (разрушение стромы).
4. Общая характеристика
процессов регуляции параметров крови
Какой бы параметр системы крови ни рассматривался в плане
регуляции, его величина определяется следующими процессами:
а) пищевым или питьевым поведением, т. е. поступлением в организм воды и
питательных веществ; б) внешним дыханием, поставляющим кислород и
удаляющим углекислый газ; в) процессами расщепления питательных
веществ и всасыванием продуктов пищеварения; г) синтезом (в печени и
других органах) белков, липидов и других специфических компонентов
крови; д) процессами кроветворения, кроверазрушения, кровераспределения;
е) процессами выделения воды и продуктов метаболизма; ж) характером
движения крови по сосудам.
Столь же многоплановым представляется и вопрос об уровнях
регуляции. Сравнительно хорошо изученным является, в частности,
молекулярный уровень регуляции рН плазмы крови буферными
системами. Аналогичные механизмы способствуют сохранению
осмотического давления плазмы крови. Для регуляции этого параметра
активно используются также клеточный и тканевой уровни. Так, для
сохранения осмотического гомеостаза в крови может развиться
демпфирующая реакция эритроцитов: отдавая часть своей жидкости,
сморщиваясь или, напротив, принимая воду и приобретая шарообразную
форму, они поддерживают стабильность осмотического давления плазмы
крови (более подробно регуляция осмотического давления плазмы крови
будет представлена в лекции 36). Известны некоторые клеточные
механизмы регуляции количества гемостатических факторов. Так, при
увеличении в плазме крови концентрации протромбина он может
захватываться клетками селезенки.
4.1. Тканевой уровень регуляции клеточного состава крови.
Кроветворная ткань является специфической для системы крови. В
частности, особым объектом регуляции представляется система («пул»)
костномозговых клеток. Здесь контролируется количество, а также
скорость созревания и дифференцировки клеток от начальных –
«стволовых» – клеток (СКК) до конечных дифференцированных клеток
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(КДК), выходящих в периферическую кровь. При неадекватном, возможно,
случайном повышении скорости деления СКК метаболиты КДК, например,
кейлоны, имеющие пептидную природу, угнетают активность СКК.
Процессы деления и созревания кроветворных клеток зависят от величины
кровотока, т. е. от кровоснабжения кроветворных органов. Нервные
влияния на процессы кроветворения, хорошо изученные в настоящее
время, адресуются, главным образом, гладкомышечным элементам стенок
сосудов костного мозга и эндокринным органам, гормоны которых влияют
на органы кроветворения и депонирования крови.
Непосредственными гуморальными «регуляторами» процессов кроветворения являются специфические ростовые факторы системы крови (цитокины): лимфокины, монокины, интерлейкины (ИЛ) – гормоноподобные физиологически активные вещества полипептидной природы средне- и близкодистантного действия. Они синтезируются преимущественно не эндокринными клетками, а, как правило, самими клетками системы крови (как,
например, колониестимулирующие факторы лейкоцитов, а также ИЛ-3, который вырабатывается в Т-лимфоцитах) или кроветворными клетками, макрофагами, фибробластами, эндотелиоцитами и адипозоцитами костного
мозга. В регуляции кроветворения основная роль отводится макрофагам
кроветворных органов, в частности, костного мозга: они продуцируют ростовые факторы и регуляторные цитокины с ингибирующей или стимулирующей активностью (колониестимулирующие факторы (КСФ), эритропоэтин, простагландины группы Е, интерлейкины, фактор некроза опухолей,
кислые изоферритины, трансформирующий фактор роста и др.), которые
способны влиять на уровень пролиферации стволовых кроветворных клеток, а также на пролиферацию, дифференцировку и созревание коммитированных клеток – предшественников миелопоэза.
В экстремальных условиях и патологических состояниях в регуляцию
кроветворения включаются органотипические макрофаги других локализаций:
печени, селезенки, легких. Так, макрофаги печени являются основным
источником внепочечного эритропоэтина. Кроме того, источниками
эритропоэтинов являются ЦНС (астроциты, нейроны) и в меньшей степени
клетки паракринной системы женских половых органов. К гуморальным
«регуляторам» кроветворения относятся эритропоэтины, вырабатываемые в
ЮГА почек при уменьшении концентрации кислорода в крови, например, при
длительной физической нагрузке, при подъеме в горы, при хронических
стрессах. Но в почках образование эритропоэтинов быстро снижается,
несмотря на действие гипоксии, а в мозгу продолжается в течение 24 часов.
Тромбоцитопоэтины вырабатываются в печени и селезенке, они влияют на
выработку тромбоцитов. Кроме того, к стимуляторам кроветворения относятся
продукты разрушения форменных элементов крови. В регуляции гемопоэза
принимают участие ростовые анаболические гормоны типа «общих
гемопоэтинов». К ним относятся: инсулин, который оказывает влияние на
образование молодых клеток периферической крови, и йодтиронин,
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
влияющий как на образование молодых, так и на зрелые клетки (эритроциты,
лейкоциты, тромбоциты), имеющие рецепторы, чувствительные к действию
гормонов. Стимулируют кроветворение мужские половые гормоны.
Кроме того, на процессы кроветворения влияет характер питания:
потребление белков, микроэлементов (особенно цинка, железа, кобальта и
др.), витаминов (группы В, С, РР).
Пул кроветворных клеток
продукты
разрушения
ФЭК
+
ЭП
кейлоны
СКК
+
ТЦП
характер
питания
+ ↓тонус
кровеносных
- ↑тонус сосудов
КДК
+
+
-
+
+
ИЛ3
+
Гормоны
ЖВС
КСФ
Схема 1. Тканевой уровень регуляции клеточного состава крови
ФЭК – форменные элементы крови, ЭП – эритропоэтины,
ТЦП – тромбоцитопоэтины, ЖВС – железы внутренней секреции.
4.2. Организменный (межсистемный) уровень регуляции параметров
крови. Организменный (межсистемный) уровень регуляции параметров крови
может быть охарактеризован с позиции учения о функциональной системе
саморегуляции функций (П. К. Анохин). В каждой такой системе предполагается
наличие центрального блока с «программирующими устройствами» и
«аппаратом сравнения». Для многих параметров крови: клеточного состава,
осмотического давления плазмы, концентрации в ней сахара и других веществ –
этот блок локализован, главным образом, в гипоталамусе.
Передача регулирующих сигналов к органам-эффекторам или к их
кровеносным сосудам может происходить по нервным (вегетативным) путям
или через кровь, с помощью эндокринных и иммунных факторов.
Эрготропные реакции организма, сопровождающиеся повышением объема
циркулирующей крови, количества форменных элементов и концентрации
факторов гемостаза, обычно характеризуются повышением влияния на
систему крови симпатических нервных центров и гормонов «тревоги» –
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кортикотропина, глюкокортикоидов, катехоламинов, а также эритропоэтинов
и других веществ. Напротив, трофотропные реакции, развивающиеся в
условиях принятия среды, отказа от борьбы, восстановления и отдыха,
сопровождаются относительным увеличением активности парасимпатических
нервных центров и гиперсекрецией анаболических гормонов: инсулина,
тестостерона, гормона роста и др.
Эффекторами системы крови являются, прежде всего, органы
кроветворения, кроверазрушения, кровераспределения (депонирования).
От соотношения активности этих структур и зависят основные параметры
крови, в частности, ее объем и клеточный состав.
«Измерительными устройствами» системы регуляции состава и
свойств крови могут быть хеморецепторы (натрио-, глюкозорецепторы и
др.), оценивающие напряжение газов, рН, а также концентрацию
различных компонентов плазмы крови, волюморецепторы, оценивающие
объем крови и внутрисосудистой жидкости в целом, и осморецепторы,
следящие за осмотическим давлением плазмы крови. Свою информацию
эти рецепторы посылают в «аппарат сравнения» центральных блоков
системы регуляции.
5. Объем циркулирующей крови (ОЦК) и его регуляция
Общее количество крови у человека составляет 6–8 % от массы тела,
т. е. приблизительно 4–6 л, у лягушки эта величина составляет 2 %, а у
северного оленя – 15 % от массы тела. Не вся кровь циркулирует по
сосудам, часть ее находится в кровяных депо. Кровяные депо – органы, в
которых крови находится больше, чем нужно для их функционирования.
Они содержат резерв крови, который используется в случаях повышенной
затраты энергии (физическая, психическая нагрузка), гипоксии,
кровопотери. Таким образом, в организме периодически происходит
самопереливание крови. Есть временные депо, или подвижный резерв
крови: сосуды печени, легких, подкожножировая клетчатка, где кровь
задерживается ненадолго, а есть долговременное депо – селезенка,
используемая лишь в экстремальных случаях.
Гематокрит (Ht) – отношение объема форменных элементов крови к
объему всей крови. В среднем Ht составляет 0,42–0,45. У женщин объем
крови и количество эритроцитов меньше, чем у мужчин.
ОЦК составляет в покое 40–50 % от общего количества крови. Это
мягкая константа, которая меняется в широких пределах и зависит от
питьевого режима, физической нагрузки, параметров окружающей среды
(атмосферного давления, температуры воздуха), от положения тела
(у человека в положении лежа ОЦК больше, чем в положении стоя).
Вместе с тем, изменения этого параметра не безразличны для организма.
Так, при обезвоживании вначале уменьшается объем плазмы крови, а
затем – объем тканевой жидкости, в результате нарушаются процессы
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
метаболизма. При повышении поступления в организм жидкости может
развиться так называемый «отек» крови, в результате увеличивается
нагрузка на сердечно-сосудистую систему, а кровь плохо выполняет свои
функции из-за разведения жидкостью.
Поддержание постоянства ОЦК осуществляется за счет регуляции
объема циркулирующей плазмы (ОЦП) и объема циркулирующих
эритроцитов (ОЦЭ), на которые приходится около 99 % всех форменных
элементов крови. Адекватный ОЦК быстрее обеспечивается за счет ОЦП,
нежели за счет ОЦЭ. Регуляция количества плазмы осуществляется двумя
видами механизмов: гемодинамическими и нейро-гуморальными.
Гемодинамический механизм реализуется с помощью обмена жидкостью
между кровью и внесосудистым сектором под влиянием гидростатического (Рг) и
онкотического (Ро) давления плазмы крови (см. схему 2).
Артериальный конец капилляра
Венозный конец капилляра
Рг = 30–40 мм рт. ст.
Рг = 10–12 мм рт. ст.
Ро = 25–30 мм рт. ст
Ро = 25–30 мм рт. ст.
капилляр
H2О
Н2О
Схема 2. Обмен воды между кровью и тканями
В схеме не приведены параметры окружающих тканей, которые
также могут влиять на перемещение жидкости.
В артериальной части капилляра гидростатическое давление крови
(Рг) превышает онкотическое (Ро) плазмы. Жидкость из плазмы
фильтруется через гисто-гематический барьер в интерстициальное
пространство до тех пор, пока разность Рг и Ро крови превышает таковую
во внесосудистой ткани. При увеличении гидростатического давления
могут возникать отеки тканей. В венозном конце капилляра
гидростатическое давление крови снижается, а онкотическое давление
плазмы превышает его величину, что обеспечивает обратное поступление
жидкости из тканей в кровь. В результате ОЦП увеличивается. Эти
механизмы могут участвовать в коррекции объема плазмы при изменениях
поступления в организм воды.
Нейро-гуморальный механизм регуляции реализуется на
организменном уровне, главным образом, путем изменения экскреции воды
почками. Существует два способа вовлечения этого механизма. Первый из
них формируется при уменьшении поступления крови в мозг и сердце,
когда снижается возбуждение волюморецепторов, расположенных в этих
органах. В ответ на это в гипоталамусе повышается выработка АДГ
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(антидиуретического гормона), который повышает реабсорбцию (обратное
всасывание) воды в собирательных трубочках почек и тем самым
способствует увеличению ОЦП. Второй механизм реализуется за счет
юкстагломерулярного аппарата (ЮГА) почек, где при уменьшении ОЦК и
кровотока в почечных артериях вырабатывается ренин, который
способствует переходу ангиотензиногена в ангиотензин; последний
повышает выработку в надпочечниках альдостерона. Он увеличивает в
почках реабсорбцию натрия, что приводит к увеличению реабсорбции воды.
Объем циркулирующих эритроцитов (ОЦЭ) поддерживается,
главным образом, нейро-гуморальным механизмом регуляции, реализуемым
на организменном уровне. ОЦЭ непосредственно определяется процессами
кроветворения, кроверазрушения и распределения количества эритроцитов
между кровяными депо и циркулирующей кровью. Более подробно этот
механизм представлен выше. Регуляция ОЦЭ на организменном уровне
представлена на схеме 3, где приведена функциональная система
поддержания адекватного ОЦК (ОЦЭ является частью ОЦК).
ОР
ВВ
Мышцы (поведенческие реакции):
прием воды, питательных веществ
защита от потери крови
Х
РУ
Органы кроветворения
АС
Неправильное
питание
Рискованное
поведение
Органы кроворазрушения
Органы кровораспределения
ОЦЭ
ЖВС
Печень (синтез белков, депо)
Органы выделения воды и электролитов
ОЦК
ОЦП
ИУ1, волюморецепторы
ИУ2, болевые рецепторы
Схема 3. Функциональная система поддержания ОЦК
Условные обозначения:
– эффекторы быстрого действия.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 3. Гемостаз и другие сторожевые
системы организма
В крови, любезный, что-то особенное есть.
И. Гете
1. Биологическая роль гемостаза;
его связь с другими сторожевыми системами организма
1.1. Гемостаз (Г.) – это защитная реакция организма, способствующая предупреждению или ограничению кровотечения. В хирургической
практике этот термин используется для обозначения искусственной остановки кровотечения. Сложилось особое научное медицинское направление, получившее название «гемостазиология», существенной частью которой является коагулология – наука о свертывании крови.
В здоровом организме система гемостаза практически всегда
активна, т. к. травмы мелких сосудов представляют собой повседневную
реальность. Они могут быть связаны, например, с наложением ноги на
ногу, с затягиванием пояса, продвижением через тесную толпу людей. На
внутренней поверхности стенок кровеносных сосудов постоянно
обновляется пленка фибрина, укрепляющая сосуд.
Патология Г. может быть одним из звеньев патогенеза серьезных, в том
числе опасных для жизни состояний. Печальную славу приобрела, в частности,
гемофилия – болезнь, обусловленная ограничением свертывающей способности
крови. С другой стороны, патологическое внутрисосудистое свертывание крови
также опасно, т. к. закупорка тромбом сосуда способствует нарушениям
кровоснабжения тканей и развитию атеросклероза, некрозов, дистрофии,
инсульта, шока. В этих случаях «нить фибрина» может оборвать «нить жизни».
Система Г. является одной из «сторожевых», или защитных систем
организма, активирующихся при нарушении гомеостаза или его угрозе.
При механическом травмировании покровов тела одномоментно приходят
в состояние «боевой готовности» три защитные системы: иммунитета,
воспаления и гемостаза. Их одновременную активацию обеспечивает
белок плазмы, получивший название «фактора контакта», или XII-го
фактора, т. к. он становится активным благодаря излиянию крови за
пределы кровеносного сосуда и соприкосновению ее компонентов с
внесосудистыми тканями. В результате развиваются повышение
проницаемости стенок и расширение сосудов с замедлением в них
кровотока (воспалительная реакция); хемотаксис, фагоцитоз, лизис
(иммунные реакции) и, наконец, реакции, направленные на остановку
кровотечения (гемостаз) (схема 1).
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Травма
Боль
Поведенческая
защитная реакция
Контакт крови с
внесосудистыми
тканями
Активация
фактора
XII
Активация ККС
Активация СКо
Реакции
ситемы
гемостаза
Воспаление
Иммунные
реакции
Схема 1. Взаимодействие гуморальных защитных «сторожевых» систем
Условные обозначения: ККС – калликреин-кининовая система;
СКо – система комплемента.
В системе гемостаза можно выделить три подсистемы: 1) первичного –
тромбоцитарно-сосудистого гемостаза; 2) вторичного – коагуляционного
гемостаза и 3) фибринолиза. Это связано с тем, что реакция на травму сосуда
протекает обычно в три этапа: 1) тромбоцитарно-сосудистого, или
первичного гемостаза, 2) свертывания крови (вторичного гемостаза);
3) ретракции сгустка и фибринолиза, или «послефазы». Причем первый и
второй этапы протекают практически одновременно; «антисистемы» и
«антифакторы» ограничивают процесс во времени и в пространстве. К
антифакторам
относятся:
1) антиагреганты;
2) антикоагулянты;
3) ингибиторы фибринолиза. Таким образом, на любом из приведенных
выше трех этапов в реакциях гемостаза участвуют как профакторы, так и
антифакторы. В результате система гемостаза функционирует как гибкий
механизм, не только ограничивающий и прекращающий кровопотерю, но и
не допускающий изменения суспензионных свойств и жидкого состояния
всей циркулирующей крови. В связи с этим Ш. Бэрчану (1985) обозначил
совокупность описанных выше свойств гемостатических реакций,
протекающих с участием про- и антикоагулянтов, как «гомеостаз гемостаза»,
по примеру определений «гомеостаз глюкозы», «гомеостаз кислорода» и др.
1.2. Тромбоцитарно-сосудистый
гемостаз. Тромбоцитарнососудистый гемостаз при отсутствии травмы обеспечивает прочность
сосудистой стенки, в частности, ее межклеточного «цементирующего»
вещества, построенного из мукополисахаридов (МПС) и протеината
кальция. Для синтеза этих соединений, в частности, МПС, необходимо
достаточное поступление в организм витаминов С и Р. При
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
соответствующих авитаминозах могут существенно снижаться прочность
стенок сосудов и увеличиваться склонность к кровотечениям. Участие
кальция в «цементировании» межклеточных промежутков сосудистых
стенок медицина давно использует при лечении воспалительных
процессов, когда применяются препараты кальция.
Состояние сосудистой стенки зависит также от количества и
активности «физиологических кормильцев» эндотелия – тромбоцитов.
Ежедневно около 15 % их расходуется на выполнение ангиотрофической
функции. Если животному, у которого имеется серьезный дефицит
тромбоцитов, ввести меченые тромбоциты, то можно увидеть, что через
30 мин. 80 % введенных кровяных пластинок прикрепится к
эндотелиальным клеткам сосудов.
При травме сосудов с небольшим диаметром (менее 100 мкм)
первичный Г. может быть достаточным для остановки кровотечения, при
разрыве же более крупных сосудов вслед за первичным Г. развивается
вторичный (свертывание крови).
Первичный Г. включает, прежде всего, реакцию стенок сосудов –
они суживаются – и околососудистых скелетных мышц: сокращаясь, они
сдавливают сосуд и ограничивают кровоизлияние. Обе эти мышечные
реакции развиваются как рефлекторно, так и в ответ на действие
гуморальных факторов (адреналина, серотонина), освобождающихся из
тромбоцитов. Спазм сосуда длится 2–3 мин., в течение которых обычно
формируется белый (тромбоцитарный) тромб.
Тромбоциты, контактирующие с коллагеном внесосудистой ткани,
претерпевают сложные преобразования, получившие название «вязкий
метаморфоз». Пластинки истончаются, увеличиваются в поперечных
размерах, формируют псевдоподии, склеиваются и при этом выделяют ряд
биологически активных веществ: адреналин, серотонин, АДФ, АТФ,
тромбостенин, тромбопластин (фактор 3), простагландины. Ряд указанных
факторов выделяется и из других форменных элементов крови, а также из
стенок кровеносных сосудов. Среди освобождающихся из клеток
простагландинов различают проагреганты, ускоряющие реакции первичного
гемостаза, и антиагреганты, ограничивающие эти реакции. В таких «ролях»
выступают соответственно тромбоксан и простациклин (простагландин И).
Относительное преобладание тромбоксана может, в частности, способствовать
нарушению суспензионных свойств крови, приводящему к образованию
агрегатов форменных элементов внутри нетравмированного сосуда и
развитию опасных для жизни нарушений кровотока в органах. С другой
стороны, простациклин и другие антиагреганты используются для лечения
таких состояний, как, например, развивающихся при ишемии миокарда.
1.3. Свертывание крови (СК). Свертывание крови (СК) было
открыто в 1666 г., когда итальянский ученый М. Мальпиги с помощью
микроскопа впервые увидел в сгустке крови нити фибрина. Мировая слава
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
первооткрывателя механизма СК принадлежит профессору Юрьевского
(Тартуского) университета А. Шмидту, который в 70-х гг. XIX в.
сформулировал ферментативную теорию СК. Согласно этой теории, переход
растворимого белка плазмы крови фибриногена в фибрин происходит под
влиянием активной формы другого белка плазмы – фермента протромбина.
Чешский ученый П. Моравиц (1905) дополнил эти представления: он
показал, что протромбин, в свою очередь, активируется еще одним фактором
– тромбопластином (тромбокиназой) – при участии кальция.
Начиная с 40-х гг. ХХ в., было открыто много других факторов, без
которых СК невозможно. Врожденное отсутствие некоторых из них может
быть причиной гемофилии.
СК представляет собой цепной процесс (см. схему 2), на начальных
стадиях самоускоряющийся за счет положительных обратных связей, а в
конце – самоограничивающийся отрицательными обратными связями; СК
протекает в 3 фазы. В конце первой и второй фаз образуются активные
ферментативные комплексы, ускоряющие развитие последующих фаз; третья фаза завершается образованием фибрина-полимера. Весь процесс СК
по фазам, его взаимодействие с другими стадиями Г. и саморегуляцию
можно представить следующим образом:
+
Травма сосуда и первичный Г.
+
-
I + II + III →ретракция и
Фазы СК
фибринолиз
Схема 2. Гемостаз и его саморегуляция
Первая фаза СК самая длительная (занимает 5–7 мин.) и сложная.
В ней условно различают внешний (внесосудистый) и внутренний (внутрисосудистый) циклы. Внешний цикл реализуется за счет активации III-го
фактора – тромбопластина, который содержится не в плазме крови, а в мембранах клеток окружающих сосуд тканей; при их разрушении фактор III
становится активным. Внутренний цикл (т. е. ряд преобразований прокоагулянтов самой крови) начинается с активации фактора XII (фактора контакта), оба эти цикла при участии фактора III (тромбоцитарного тромбопластина) и ионов кальция представляют собой активацию V–XI-го плазменных
прокоагулянтов, формирующих последовательно ряд комплексов. Наконец,
образуется активный комплекс, получивший название «протромбиназ» и
состоящий из ионов кальция и активных III, V, Х-го факторов.
Вторая и третья фазы СК длятся 2–5 с. Во второй фазе при участии
протромбиназы протромбин, активируясь, превращается в тромбин. В
свою очередь, тромбин, повышая скорость активации V-го фактора, способствует увеличению эффективности I-й фазы. Так в саморегуляции СК реали33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зуется положительная обратная связь. Тромбин также запускает следующую
фазу СK и активирует ХIII-й (фибринстабилизирующий) фактор.
В третьей фазе СК фибриноген превращается в фибрин-мономер, нерастворимое вещество. Под влиянием XIII-го фактора оно далее полимеризуется, в результате нити фибрина становятся более прочными.
Вместе с форменными элементами крови фибрин формирует вторичный –
окончательный, прочный сгусток – тромб. Фибрин адсорбирует также избыток
тромбина (отрицательная обратная связь), в связи с чем СК самоограничивается.
К антикоагулянтам относятся первичные факторы, имеющиеся в
крови всегда, и вторичные, образующиеся в результате СК. Практически у
каждого профактора есть антифактор. Более всего изучены антитромбины
(AT): фибрин (ATI), гепарин (АТII), альбумин плазмы, активирующий гепарин – кофактор (АТIII) и продукты разрушения фибрина (ATIV).
«Послефаза». Ретракция сгустка начинается на 2–15-й мин. СK и
практически завершается через 2,5–3 часа (полностью прекращается через
24 часа). Ретракция ускоряется под влиянием ретрактина, или тромбостенина тромбоцитов. В результате сгусток становится плотней (заплата сосуда – прочней) и меньше в размерах.
Фибринолиз завершает «реканализацию» сосуда. Он развивается
практически параллельно СК, ограничивая его. Главным «действующим
лицом» этого процесса является фермент фибринолизин, или плазмин. Активаторы его (лизокиназы) содержатся в большом количестве в «акушерских» тканях и паренхиматозных органах. Иногда при хирургических операциях или родах эти вещества освобождаются в огромных количествах,
при этом могут развиться нарушение саморегуляции и острый, неограниченный фибринолиз, опасный для жизни.
2. Другие сторожевые системы организма
2.1. Калликреин-кининовая система (ККС). Это комплекс компонентов, взаимодействие которых приводит к образованию нейровазоактивных пептидов – кининов, характеризующихся широким спектром биологического действия. Образуются кинины в общем кровотоке или местно из
неактивных предшественников белковой природы – кининогенов – под
действием специфических ферментов – калликреинов, которые, в свою
очередь, образуются из неактивных предшественников – прекалликреинов.
Основным местом синтеза кининов является печень, но они могут образовываться и в легких, почках, в меньшей степени – в коже и сердечной
мышце. Превращение прекалликреина в калликреин в плазме крови происходит под воздействием активированного XII-го плазменного фактора
свертывания крови – фактора Хагемана.
Существует тесная связь между калликреин-кининовой системой и
гемокоагуляцией (см. схему 1). Активация ККС происходит при действии
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на организм различных повреждающих факторов, нарушающих
целостность клеток и приводящих к активации XII-го фактора. Вместе с
тем, калликреин активирует XII-й фактор, фибриноген и систему
комплемента. В свою очередь, кинины оказывают влияние на тонус
сосудов, вызывая расширение прекапилляров и снижение кровяного
давления, а также увеличивают проницаемость капилляров. Эти реакции
способствуют развитию защитных воспалительных процессов. Местная
физиологическая роль кининов заключается также в обеспечении
соответствия между состоянием сосудов и реологическими свойствами
крови, определяющими ее текучесть.
2.2. Система комплемента (СКо). Это полимолекулярная система
сывороточных белков, один из важнейших факторов естественного
иммунитета. Включаясь в состав иммунных комплексов, СКо осуществляет
лизис чужеродных клеток, обусловливает реакцию иммунного прилипания,
участвует в развитии воспаления, в опсонизации бактерий и вирусов, ускоряя
их фагоцитоз. Открыл комплемент Г. Бухнер (1889), но назвал его
«алексином». Современное название «комплемент» дал П. Эрлих (1900).
Известно не менее 18 белков, составляющих СКо. Они обозначаются
символом С, а отдельные белки – цифрами: С1, С2, С3 и т. д. Компоненты СКо
циркулируют в крови в неактивном состоянии в виде предшественников до
соединения со свободными антителами или антигенами.
3. Механизмы регуляции гемостаза
и других «сторожевых» систем
Регуляция осуществляется на всех уровнях: молекулярном,
клеточном, тканевом, организменном. Гемостаз подвергается нейрогуморальной регуляции. При травме сосуда рефлекторно активируется
симпатическая нервная система, которая повышает активность всех
«сторожевых» систем, т. к. во время травмы в организм попадают
чужеродные антигены. Кроме того, при этом выделяются гормоны:
норадреналин, адреналин, кортикотропин, глюкокортикоиды, андрогены,
которые способствуют активации системы гемостаза. Парасимпатическая
нервная система, напротив, снижает активность профакторов гемостаза.
Этому способствует также секреция ТТГ, инсулина, тироксина,
эстрогенов. Центр регуляции процессов гемостаза локализован в
продолговатом и среднем мозге, гипоталамусе, коре больших полушарий.
Рецепторное звено представлено хемо- и волюморецепторами, болевыми,
проприорецепторами и др. Вместе с тем, активация «сторожевых» систем
может происходить и условнорефлекторно – при возникновении угрозы
целостности организма; в этих реакциях участвуют слуховые, зрительные,
тактильные и другие рецепторы.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 4. Защитные системы организма
В реакциях организма, направленных на поддержание генетического
постоянства внутренней среды организма, важнейшую роль играют механизмы защиты от инфекций и продуктов повреждения собственных клеток.
Здоровый организм защищает себя от структурно чужеродных агентов, используя разнообразные биологические механизмы и способы. Защиту организма реализуют две системы: неспецифическая и специфическая
(иммунная). Неспецифическая система выступает как первая линия защиты, когда чужеродные агенты распознаются и удаляются без учета их индивидуальной специфики. Это быстрая защита от широкого спектра антигенов, её сила не возрастает при повторном контакте с ними. Специфическая система (иммунная), как более совершенная защита организма от
биологической агрессии, выполняет функции специфического распознавания, запоминания и удаления антигенов.
К антигенам (АГ) относят бактерии, вирусы, клетки трансплантата,
опухолевые клетки, чужеродные белки, полисахариды, липополисахариды,
способные вызывать иммунный ответ в виде выработки специфических
антител. Антитела (АТ) – особые растворимые белки (иммуноглобулины),
предназначенные для связывания антигенов.
Неспецифическая система защиты организма включает:
− анатомические барьеры (кожу, слизистые оболочки);
− физиологические барьеры (микробицидные экзосекреты – лизоцим слюны, соляную кислоту желудка, литические пищеварительные ферменты кишечника и др.);
− сосудистые реакции организма, ограничивающие поступление во внутреннюю среду внешних факторов (быстрый локальный отек в очаге повреждения);
− стандартный воспалительный ответ в случае проникновения микроорганизмов во внутреннюю среду организма;
− доиммунный (или неспецифический) фагоцитоз микробных тел
нейтрофилами и моноцитами/макрофагами;
− поведенческие реакции (гигиенические навыки, избегание контактов с зараженными и др.).
Кожа – «живая крепость организма»; будучи неповрежденной, она
непроницаема для большинства инфекционных агентов. Эпидермис покрыт с поверхности сплошным слоем ороговевших кератиноцитов, этот
слой полностью блокирует проникновение как клеток, так и полярных и
неполярных веществ. Любой поверхностный эпителий характеризуется
быстрой и эффективной регенерацией из собственных стволовых клеток,
что обеспечивает восстановление целостности пласта эпителия.
Необходимое условие проникновения многих антигенов во внутреннюю
среду – нарушение целостности эпителия (например, микротравмы). Попадание
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
антигенов без значимой травмы покровов сразу во внутреннюю среду в природе – событие редкое. Это, как правило, искусственное антропогенное явление
парентерального введения веществ или трансплантации тканей и органов.
Бактерии не способны долго существовать на поверхности кожи изза губительного воздействия молочной и жирных кислот, содержащихся в
секрете потовых и сальных желез. Тормозят размножение микроорганизмов аммиак, мочевина, содержащиеся в поте, а также сапрофиты, образующие нормальную микрофлору кожи.
Слизь, выделяемая стенками внутренних органов, действует как защитный барьер, препятствующий прикреплению бактерий к эпителиальным клеткам. Микроорганизмы удаляются с поверхности слизистых оболочек механическим путем – с кашлем и чиханием, за счет движения ресничек эпителия, а также вымывающего действия слез, слюны, мочи.
Во многих жидкостях, секретируемых организмом, содержатся бактерицидные компоненты. Лизоцим – фермент слизи (слюны, слезной жидкости, носовых выделений) – разрушает пептидогликаны клеточной стенки бактерий. Соляная кислота желудка и бикарбонаты двенадцатиперстной кишки
существенно меняют pH, что неблагоприятно для многих микроорганизмов.
Факторы неспецифической защиты включаются в действие мгновенно после преодоления возбудителем кожных или слизистых оболочек и
внедрения его во внутреннюю среду организма. В первую очередь это сосудистые реакции: расширение сосудов микроциркуляторного русла, повышенный выход из сосудов в ткани компонентов плазмы крови и гуморальных факторов неспецифической системы защиты, выход в ткани нейтрофилов. Локальный отёк препятствует всасыванию антигенов в системную циркуляцию крови.
Вокруг проникших в ткани антигенов быстро создается защитный
вал – местный воспалительный процесс, направленный на отграничение
очага повреждения, уничтожение повреждающего фактора и восстановление поврежденной ткани. Воспаление – это комплексная местная сосудисто-мезенхимальная реакция на повреждение ткани, вызванная действием
различных агентов. Параллельно воспалительному процессу активируются
свертывающая и фибринолитическая системы крови, калликреинкининовая система, система комплемента. Выделение простагландинов,
гистамина и других медиаторов воспаления происходит при активации базофилов и тучных клеток из их гранул. Тромбоциты, активированные в
процессе свертывания крови или под действием комплексов антиген – антитело, также выделяют медиаторы воспаления.
Клеточные факторы неспецифической системы защиты. Первые клетки,
с которыми взаимодействуют проникшие во внутреннюю среду организма
микробы, – это фагоциты. «Профессиональными» фагоцитами являются всего
два типа дифференцированных клеток – оноциты/макрофаги и нейтрофилы.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наиболее важная группа способных к фагоцитозу и долгоживущих
клеток – популяции мононуклеарных фагоцитов. Эти клетки, происходящие из стволовых клеток костного мозга, несут функцию захвата частиц,
в том числе инфекционных агентов с их поглощением и разрушением. Для
выполнения этой функции фагоциты стратегически располагаются в тех
тканях организма, где возможно попадание таких частиц, например, клетки
Лангерганса – в эпидермисе, клетки Купфера – в печени, альвеолярные
макрофаги – в легких. Мононуклеарные фагоциты, циркулирующие с кровью, называются моноцитами. Из крови они мигрируют в ткани, где превращаются в оседлые тканевые макрофаги, способные еще и презентировать антигены Т-лимфоцитам.
Полиморфноядерные нейтрофильные гранулоциты, часто называемые просто нейтрофилами, составляют большинство (60–70 %) лейкоцитов крови и происходят от тех же ранних клеток-предшественников, что и
моноциты/макрофаги. В норме нейтрофилы не выходят из сосудов в периферические ткани, но они первыми «бросаются» в очаг воспаления за счет
быстрой экспрессии молекул адгезии. Нейтрофилы относятся к короткоживущим клеткам, которые, поглотив чужеродный материал, разрушают
его и затем погибают.
Фагоциты выполняют не только защитные, но и дренажные функции
(удаляют погибшие и деградировавшие структуры). Активирующими стимулами для неспецифического фагоцитоза могут быть бактериальные продукты (липополисахариды, пептиды и др.), компоненты комплемента и
многие цитокины. В процессе фагоцитоза освобождаются внутриклеточные антигены, которые, попадая в кровь, стимулируют специфические защитные механизмы иммунитета.
Помимо фагоцитирующих клеток, важную роль в быстром реагировании организма на чужеродные агенты играют естественные киллеры
(NK-клетки). Эту популяцию составляют большие зернистые лимфоциты,
элиминирующие опухолевые клетки, а также клетки, инфицированные вирусами и некоторыми бактериями и простейшими. NK-клетки лишены
признаков Т- и В-лимфоцитов, поэтому их также называют нулевыми
лимфоцитами. В отличие от цитотоксических лимфоцитов (Т-киллеров),
способность NK-клеток к цитолизу связана с самостоятельным распознаванием «своё – чужое» на поверхности мишени. NK-клетки уничтожают
клетку-мишень после установления с ней прямого контакта при помощи
специальных белков – перфоринов. Перфорины встраиваются в мембрану
чужеродной или трансформированной клетки, образуя в ней «дыру», приводящую к необратимому и гибельному выравниванию ионного состава
между цитоплазмой и внешней средой.
Эозинофилы относятся к цитотоксическим клеткам. Эта специализированная популяция лейкоцитов способна поражать крупные внеклеточные па-
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разитические организмы (например, шистосомы), выделяя вблизи них содержимое внутриклеточных гранул и другие, не запасаемые в гранулах молекулы.
Гуморальные факторы неспецифической системы защиты. Цитокины – это эндогенные регуляторные пептиды, продуцируемые практически
всеми ядросодержащими клетками организма. Цитокины, выделяемые
лимфоцитами, часто называют лимфокинами. Цитокины сами не индуцируют иммунный ответ, а являются средством передачи сигналов – «белками связи» между клетками, участвующими в воспалении, пролиферации,
дифференцировке и развитии иммунных реакций.
Интерлейкины – большая группа цитокинов (от ИЛ-1 до ИЛ-17),
синтезируемых в основном Т-лимфоцитами, а в некоторых случаях – моноцитами/макрофагами. Интерлейкины обладают разнообразными функциями, но большинство их стимулирует другие клетки для деления или
дифференцировки.
Интерфероны – пептидные молекулы, относящиеся к цитокинам,
синтезируются инфицированной вирусом клеткой. Воздействуя на другие
клетки организма, интерфероны сообщают им устойчивость к вирусной
инфекции, вызывая нарушение репликации вирусов.
Колониестимулирующие факторы – цитокины, вырабатываемые
макрофагами и Т-лимфоцитами, участвующие в регуляции деления и дифференцировки стволовых клеток костного мозга, а также клеток – предшественников лейкоцитов крови.
Комплемент – система сывороточных белков, общая роль которых
состоит в регуляции воспаления. Эти иммунные белки являются одним из
факторов бактерицидного действия крови; синтезируются в основном гепатоцитами и моноцитами/макрофагами; в крови представлены в виде
функционально неактивных молекул.
Компоненты комплемента (С1, С2 и др.) взаимодействуют между собой и с другими элементами иммунной системы. Ряд микроорганизмов
спонтанно активирует эту систему. В результате компоненты комплемента
связываются с поверхностью микробной клетки, что приводит к поглощению фагоцитами этого возбудителя. Это альтернативный путь активации
комплемента, представляющий собой механизм неспецифической защиты.
В реакциях специфического иммунитета систему комплемента обычно активируют по классическому пути антитела, связавшиеся с поверхностью
клеток микроорганизма (комплекс антиген – антитело).
Активация белков системы комплемента – это каскадный процесс,
который приводит к формированию быстрых, многократно усиленных эффектов: реакции воспаления – усиления тока крови в месте активации и
повышения проницаемости капилляров для компонентов плазмы с дополнительным выделением медиаторов воспаления из тучных клеток; опсонизации микроорганизмов – покрывая поверхность бактерий, компоненты
комплемента облегчают фагоцитам их распознавание и поглощение; лизи39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
са микроорганизмов – система комплемента образует поры в клеточной
стенке бактерий, что приводит к их гибели.
К белкам острой фазы воспаления относят C-реактивный белок и
связывающий маннозу лектин. Главное анатомическое место синтеза белков острой фазы – печень. Эти белки названы острофазными, т. к. их концентрация в сыворотке обычно низкая, но быстро нарастает при инфекционном процессе. Биохимическим сигналом для повышенного синтеза белков острой фазы служит появление в системной циркуляции цитокинов.
Белки острой фазы обладают выраженной способностью опсонизировать
(от лат. opsonen – делающий вкусным): одной своей стороной они связывают микроб, а второй – специальный рецептор на фагоците, обеспечивая
возможность поглощения им этого микроба.
Специфическая защита организма. В процессе эволюции, начиная с
древних челюстных рыб, у многоклеточных организмов появились особые
клетки – лимфоциты, а с ними и новый механизм защиты – иммунитет.
Иммунитетом называются те защитные процессы, которые реализуются с участием лимфоцитов. Иммунная система – это иерархическая совокупность лимфоидных клеток: T- и B-лимфоцитов, их число в среднем
1013. Главными «партнёрами» иммунной системы являются нервная система, эндокринная система, печень.
Анатомический синоним иммунной системы – лимфоидная система.
В отличие от других органов и систем с определенной локализацией, лимфоидная ткань распределена по всему телу в виде структурных образований, условно подразделяющихся на центральные (костный мозг, вилочковая железа) и периферические (лимфатические узлы, селезенка, иммуноциты кожи, миндалины, лимфоидные скопления в слизистых оболочках
кишечника, мочеполового тракта, органов дыхания). Периферические
органы иммунной системы расположены на путях возможного проникновения в организм структурно чужеродных веществ.
В лимфоидных органах происходит развитие и функционирование
лимфоцитов. Транспортно-коммуникационным компонентом иммунной
системы являются периферическая кровь и лимфа. Для иммуноактивных
клеток большое значение имеют такие динамические явления, как миграция, рециркуляция, кооперация (взаимодействие), хоминг (возврат
в лимфоидные органы). Так, например, через один лимфатический узел за
один час проходит около 109 лимфоцитов, в каждый момент времени в
крови находится только 0,2–2 % лимфоцитов из их общего количества в
организме. Т-лимфоциты относят к быстро-, а В-лимфоциты – к медленноциркулирующим клеткам. Миграция лимфоцитов между лимфоидными
органами и нелимфоидными тканями, несмотря на высокую интенсивность, ни в коем случае не напоминает «броуновское движение» – она
строго и тонко регулируется. В результате в каждой ткани, в каждом орга-
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
не имеется свой особый субпопуляционный состав лимфоцитов и клеток –
их партнёров по иммунному ответу.
Лимфоцитам принадлежит ключевая роль в осуществлении иммунитета: распознавании антигена посредством клеточных рецепторов; формировании реакций клеточного и гуморального типов, направленных на удаление антигена из организма; запоминании структуры контактирующего антигена.
К специфическим иммунным ответам относят Т-клеточные и
В-клеточные ответы.
Т-клеточные ответы приводят к образованию эффекторных Тлифоцитов. Первичный Т-клеточный ответ: Т-лимфоциты распознают
антиген, представленный им моноцитами/макрофагами, и в результате переходят в активированное состояние; активированные Т-лимфоциты пролиферируют и дифференцируются в эффекторные клетки (Т-киллеры, Тлимфокиновые клетки) и Т-клетки памяти (рис. 1).
Т-киллеры уничтожают клетки, несущие антиген. Т-лимфокиновые
клетки выделяют лимфокины – гормоноподобные вещества, активирующие другие клетки организма, например, макрофаги и гемопоэтические
стволовые клетки. Долгоживущие клетки Т-памяти циркулируют в крови
и представляют собой не до конца дифференцированные Т-лимфоциты; в
определенных случаях они могут распознавать антиген даже спустя годы
после первого контакта.
Вторичный Т-клеточный ответ. При повторном контакте с антигеном долгоживущие клетки Т-памяти инициируют вторичную реакцию, в
ходе которой они пролиферируют более интенсивно, чем при первичном
ответе, в результате быстро образуется большое количество Т-эффекторов,
T-хелперов, Т-супрессоров.
Т-хелперы, долгоживущие лимфоциты, высвобождают так называемые
факторы роста В-лимфоцитов. Т-супрессоры тормозят активность В- и Тлимфоцитов и предупреждают тем самым чрезмерные иммунные реакции.
Гуморальные, или B-клеточные ответы приводят к образованию антител. Первичный гуморальный В-клеточный ответ обеспечивается Влимфоцитами: T-хелперы распознают АГ, представленный им моноцитами/макрофагами; активируют B-лимфоциты, которые пролиферируют и
дифференцируются в антителообразующие плазматические клетки; начинается синтез антител, от их класса зависит характер последующего иммунного ответа (рис. 2).
Вторичный гуморальный иммунный ответ возникает при повторном попадании антигена. Он приводит к мощной активации плазматических клеток, происходит экспоненциальное нарастание количества антител. По скорости это реакция немедленного типа.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
АГ
(первичное попадание)
фагоцитоз макрофагом
процессинг АГ, перенос очищенного АГ на мембрану макрофага и презентация его Т-лимфоциту
Т-лимфоцит распознает АГ (первичное воздействие)
пролиферация и дифференцировка
Т-клетки иммунной памяти
АГ (вторичное попадание)
Т-киллеры
эффекторные Т-лимфоциты
Т-киллеры
пролиферация и дифференцировка
Т-хелперы
лимфокинсекретирующие
Т-клетки
Т-супрессоры
Рис. 1. Специфические клеточные механизмы иммунитета
АГ + макрофаг + Т-хелпер
В-лимфоциты
пролиферация
и дифференцировка
АГ (вторичное попадание)
В-клетки иммунной памяти
Плазматические
клетки
Антитела
Плазматические клетки
Т-супрессоры (-)
(+) Т-хелперы
Антитела
АТ + АГ
Рис. 2. Специфические гуморальные механизмы иммунитета
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Реакция антиген – антитело сводится к специфическому взаимодействию активных центров антител и антигенных детерминант антигенов. В
простейшем случае образуется комплекс антиген – антитело (реакция преципитации), в котором антиген теряет свои патологические свойства. Если
антиген имеет несколько антигенных детерминант, то образуются высокомолекулярные агрегаты, которые выпадают в осадок (реакция агглютинации) и в последующем фагоцитируются. Участие антител в иммунном ответе состоит в реакции опсонизации антигенов.
Регуляция иммунитета. Интенсивность иммунного ответа во многом определяется состоянием нервной и эндокринной систем. Установлено, что раздражение различных подкорковых структур мозга (таламуса,
гипоталамуса, серого бугра) может сопровождаться как усилением, так и
торможением иммунной реакции на введение антигенов. Показано, что
возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы и введение адреналина усиливают фагоцитоз и повышают интенсивность иммунного ответа. Активация парасимпатического отдела вегетативной
нервной системы приводит к противоположным реакциям.
Интенсивные стрессы, а также состояние депрессии угнетают иммунитет, что сопровождается повышенной восприимчивостью к различным
заболеваниям, в том числе к развитию злокачественных новообразований.
За последние годы установлено, что гипофиз и эпифиз с помощью особых пептидных биорегуляторов, получивших наименование «цитомедины»,
контролируют деятельность тимуса. Передняя доля гипофиза является регулятором преимущественно клеточного, а задняя – гуморального иммунитета.
Роль иммунной системы в регуляции функций организма. В последнее время стало ясно, что существуют не только нервная и гуморальная, но и иммунная системы регуляции гомеостаза. Иммунокомпетентные
клетки способны вмешиваться в морфогенез, а также регулировать течение
физиологических функций. Многочисленные исследования показывают,
что Т-лимфоциты и макрофаги осуществляют «хелперную» и «супрессорную» функции в отношении эритропоэза и лейкопоэза. Выработка антител
приводит к связыванию активных ферментов, факторов свертывания крови
и гормонов при их избытке. А лимфокины и монокины, выделяемые лимфоцитами, моноцитами и макрофагами, способны изменять деятельность
центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, органов дыхания и
пищеварения, регулировать сократительные функции гладкой и поперечнополосатой мускулатуры.
Особенно важная роль в регуляции физиологических функций принадлежит интерлейкинам, которые являются «семьей молекул на все случаи жизни», т. к. вмешиваются практически во все физиологические процессы, протекающие в организме.
Нередко иммунологическая реакция имеет прицельный характер и
тем самым напоминает нервную регуляцию функций организма. Лимфоци43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ты и моноциты, а также другие клетки, принимающие участие в иммунном
ответе, передают гуморальный посредник непосредственно органу-мишени.
Отсюда возникло предложение назвать иммунологическую регуляцию клеточно-гуморальной. Основная роль в ней принадлежит различным популяциям Т-лимфоцитов, осуществляющих «хелперные» и «супрессорные»
функции по отношению к различным физиологическим процессам.
Знание регуляторных функций иммунной системы позволяет врачам
различных специальностей по-новому подойти к решению многих проблем
клинической медицины.
Лекция 5. Основные состояния клеток и тканей.
Биоэлектрические потенциалы
Способность глии извлекать из среды и концентрировать калий оправдывает распространённую легенду о сотворении первого человека из глины.
С. Э. Шполь
1. Функциональные состояния клеток и тканей живого организма
сводятся к двум вариантам: покой и активность.
Покой – состояние, развивающееся в отсутствии стимулов при
минимальных затратах энергии на осуществление физиологических функций.
Энергия расходуется при этом на работу «ионных насосов»,
работающих с момента зачатия организма и непрерывно формирующих
концентрационные градиенты ионов внутри и снаружи клеток.
Активность – состояние клеток и тканей, развивающееся в
момент формирования ответной реакции. Особенностью этого состояния
является увеличение энергорасхода в результате интенсификации
процессов метаболизма. В зависимости от конечного результата
активность выражается либо торможением, либо возбуждением.
Возбуждение – процесс перехода клетки, ткани из состояния покоя
в ряд последовательных реакций, сопровождающихся появлением или
увеличением функций. Возбуждение проявляется в виде неспецифических
и специфических реакций. Можно выделить следующие категории
неспецифических реакций: гистологические – изменения размеров и
формы клеток, ядер, органелл, повышение сорбции красителей;
физические – изменения электрических потенциалов, перемещения клетки;
физико-химические – изменения рН, осмотического давления, вязкости
протоплазмы; химические – активация ферментов, синтеза АТФ,
потребления О2, выделения тепла, конформационная перестройка молекул
белков:
мембранных,
регуляторных,
воротных
(в
каналах).
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Специфические реакции – сокращение (мышцы), проведение волн
возбуждения (нервные проводники), секреция (железы).
Местное возбуждение возникает в месте действия раздражителя и
затухает, практически не распространяясь на значительное расстояние. Оно
является ранним приобретением эволюции, присуще всем живым клеткам и
тканям и развивается в специализированных структурах, таких как
рецепторы, дендриты, тело клетки, постсинаптическая мембрана синапсов.
Местное возбуждение способно к суммации; оно подчиняется закону силы.
Особенностью распространяющегося возбуждения является
импульсный характер. В отличие от местного возбуждения оно передается
на
значительные
расстояния
в
организме
без
затухания.
Распространяющееся возбуждение есть специализированная форма
ответной реакции возбудимых тканей на действие раздражителя. Оно не
способно к суммации и подчиняется закону «всё или ничего», что
способствует стабильности отдельных волн возбуждения.
Торможение – активный нераспространяющийся процесс,
приводящий к предупреждению или угнетению возбуждения.
Электрогенез – термин, определяющий механизм возникновения
электрических потенциалов в живом организме. Теорию электрогенеза
разработали лауреаты нобелевской премии Ю. Бернштейн, А. Ходжкин,
Э. Хаксли, Б. Катц (1902–1952). В основу теории электрогенеза авторы
положили трансмембранные градиенты ионов K + , Na + , Cl − и Ca2+,
определяющие величину и знак равновесных потенциалов, алгебраическая
сумма которых и определяет знак заряда внутри и снаружи клетки.
Существенный вклад в фазы потенциала действия скелетных мышц вносят
ионы K + , Na + и Cl − , а в сердечных и гладких миоцитах фазы биопотенциала
определяют, помимо K + , Na + , Cl − ещё ионы Ca2+. Они играют также
важную роль в передаче импульсов от одного нейрона к другому, от
нервного волокна к мышечному, в обеспечении мышечного сокращения.
2. Биоэлектрические потенциалы («животное электричество»).
С открытием Луиджи Гальвани (1791–1797) возможности мышцы
сокращаться как в момент раздражения её гальваническим пинцетом, так и
в случае возбуждения её нерва под влиянием потенциала покоя разрезанной
мышцы появился термин автора открытия «животное электричество», а
вместе с ним – эра электрофизиологии. Электрические потенциалы
возникают в живых системах в результате создания «натрий-калиевыми
насосами» концентрационных градиентов ионов внутри и снаружи клеток.
Эра электрических явлений в истории человечества была открыта в споре
двух гениев: профессора анатомии Болонского университета Луиджи Гальвани
и физика А. Вольта. Первый создал пласт электрофизиологии, выдвинув и
обосновав существование «животного электричества», второй, оспаривая
существование «животного электричества», открыл новый способ получения
электрического тока, создав гальванический элемент «Вольтов столб».
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Основными видами биопотенциалов нервных и мышечных клеток
являются потенциал покоя, потенциал действия, возбуждающие и
тормозные постсинаптические потенциалы, рецепторные потенциалы.
Биопотенциалы служат носителями информации о состоянии и
функционировании различных органов.
Градиент (лат. gradiens, gradientis) – вектор, показывающий
направление наиболее быстрого изменения некоторой величины, значения
которой неодинаковы в точках определённой области пространства или в
разные моменты времени. Вычисление градиента применяется при
изучении пространственной и временной организации различных систем.
Потенциал покоя (ПП) – разность электрических потенциалов
между внутренней и наружной средой клетки, находящейся в состоянии
относительного покоя. Для отдельной клетки потенциал покоя является
мембранным потенциалом покоя и измеряется в цепи: микроэлектрод
внутри клетки, макроэлектрод на её внешней поверхности, биологический
усилитель и регистратор. Амплитуда потенциала покоя варьирует у
различных клеток от –15 до –90 мВ. Потенциал покоя является основой
для возникновения возбуждения (потенциала действия).
Потенциал действия (ПД) – это электрофизиологический процесс,
выражающийся в быстром колебании мембранного потенциала вследствие
изменения проницаемости клеточной мембраны и последовательной
диффузии ионов в клетку и из клетки. Способен распространяться без
декремента (без затухания, уменьшения амплитуды). Синонимы ПД –
пиковый потенциал, спайковая активность, быстрый потенциал.
Ионный насос – это гипотетическая транспортная система,
обеспечивающая перенос иона через мембрану клетки с непосредственной
затратой энергии против концентрационного и электрического
градиентов. Это ведёт к изменению мембранного потенциала и, как
следствие, числа открытых каналов (процессы открытия и закрытия канала
имеют вероятностный характер), определяющих в конечном итоге
проводимость и электрические свойства мембраны клетки.
Насос этот работает с использованием энергии метаболизма клетки.
Блокирование гидролиза АТФ (например, динитрофенолом, уабаином,
понижением температуры) останавливает работу насоса.
Перенос потенциалобразующих ионов через мембрану клетки
осуществляется по механизму активного транспорта против градиента
концентрации. Наибольшее признание получила гипотеза активного
транспорта ионным насосом с помощью переносчиков. По этой гипотезе в
системе натрий-калиевого насоса содержатся специализированные
переносчики белковой природы, имеющие центр для фиксации
переносимого иона и использующие для активации энергию,
образующуюся в процессе гидролиза АТФ.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
За счет этой энергии осуществляется работа по фиксации иона на
активном центре переносчика и перемещение образовавшегося комплекса (ион
плюс переносчик) через мембрану клетки с последующим распадом комплекса
на переносчик и переносимый ион. Для последующего цикла опять требуется
активация переносчика. После активации переносчик включается в следующий
цикл. Считается, что перенос ионов – процесс сопряжённый. Суть сопряжения
заключается в том, что в момент выведения из клетки иона с одними
свойствами одновременно (сопряжённо) вводится в клетку ион с другими
свойствами (например, ион Na+ из клетки выводится, ион K+ – вводится).
Преимущество сопряжённого переноса ионов заключается в том, что он
экономит энергию – свойство, действительно, важное для энергетического
баланса клетки. Установлено, что в мышечной клетке в состоянии покоя 10–
20 % энергии метаболизма тратится на обеспечение активного транспорта.
Мембрана клетки – специализированная структура, отличная от
структуры цитоплазмы, она определяет формы и способы обмена энергией,
веществами и информацией, создаёт клетке автономность, ограничивая её
от популяций клеток окружающей среды, представляя клетку как
термодинамически открытую систему. Мембрана не является статической
системой; сохранение её целостности возможно лишь при постоянной
затрате энергии. Энергия необходима для совершения работы по переносу
ионов, синтезу белков, поддержанию структуры мембраны. В мембране
имеются каталитические системы, вырабатывающие АТФ или, во всяком
случае, использующие её. Функция клетки определяет особенность строения
мембраны: гладкая – миелинового типа – свойственна нервному волокну,
зернистая – митохондриям, смешанная – мембранам эритроцитов, бактериям.
Ионный канал – специализированная структура мембраны клетки,
образованная макромолекулами белков, пронизывающими липидный
двойной слой мембраны. Ионный канал имеет транспортную систему и
воротный механизм («ворота»), управляемый электрическим полем
мембраны и способный открываться, закрываться и определять силу
ионного тока канала. Ионный канал обладает двумя важнейшими
свойствами: электровозбудимостью и селективностью (избирательностью)
по отношению к определённому иону.
Микроэлектрод – датчик (устройство), с помощью которого
осуществляется отведение биоэлектрического потенциала от одной клетки.
3. Ионные механизмы биоэлектрических потенциалов
3.1. Потенциал покоя клетки. В состоянии относительного покоя
клетка поляризована таким образом, что внутри неё имеется отрицательный
заряд, снаружи – положительный. Сам термин потенциал – (лат. potentia –
возможность, мощность) величина, характеризующая электрическое поле
той работой электрических сил, которую совершает поле при перемещении
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в нём зарядов. В биологических системах на уровне клетки, как правило,
электрические заряды представлены ионами, следовательно, в живых
системах электрический ток есть движение ионов, поэтому ткань живого
организма является проводником второго рода.
Непосредственной причиной формирования потенциала покоя
является неодинаковая концентрация внутри и вне клетки анионов и
катионов, определяющих величину и знак равновесных потенциалов
(Ю. Бернштейн, А. Ходжкин, Э. Хаксли, Б. Катц, 1902–1952) (табл. 1)
Таблица 1
Концентрация ионов K , Na , Cl , равновесные потенциалы,
потенциалы покоя и действия некоторых клеток
Отношения
Равновесный
концентраций
потенциал для
Измеренные
ионов внутренней (i) разных ионов в потенциалы в мВ
Клетки
и внешней (0) среды
мВ
На макK i+
Nai+
Cli−
+
−
+
Покоя симуме
Na
Cl
K
K 0+
Na0+
Cl0−
спайка
+
+
−
Аксон
кальмара
360
10
69
425
157
496
− 90
+ 46
− 29
− 60
+ 35
Моторный
нейрон
кошки
150
5,5
15
150
9
125
− 90
+ 60
− 70
− 70
+ 30
Согласно теории равновесных потенциалов, заряд клетки определяется алгебраической суммой равновесных потенциалов. Под равновесным потенциалом следует понимать электрическое поле Доннановской
природы, возникающее вследствие движения заряженных ионов по концентрационному градиенту, противодействующее дальнейшему продвижению ионов (по мере его увеличения) и останавливающее диффузию.
Значение потенциала рассчитывается по уравнению Нернста.
Если алгебраически сложить равновесные потенциалы ионов,
например, моторных нейронов кошки, получим величину и знак потенциала покоя на мембране клетки внутри и снаружи.
EP = EK + EN + ECl = (–90) + (+60) + (–70) = –100 мВ, где:
EP – потенциал покоя клетки; EK – равновесный потенциал для ионов калия (–
90 мВ); EN – равновесный потенциал для ионов натрия (+60 мВ); ECl – равновесный
потенциал для ионов хлора (–70 мВ). В этом случае ПП клетки равен –100 мВ.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Величина потенциала покоя клетки определяется двумя основными факторами: а) соотношением концентраций проникающих через покоящуюся поверхностную мембрану катионов и анионов; б) соотношением проницаемости мембраны к этим ионам. Для количественного описания этой закономерности используют обычно уравнение Гольдмана – Ходжкина – Катца:
E=
RT
F
Pk • K 0+ + PNa • Na0+ + PCl •Cli−
ln Pk •K + + P
i
+
−
Na • Nai + PCl •Cl0
,
где Em – потенциал покоя, Pk, PNa, PCl – проницаемость мембраны для ионов
K+, Na+, Cl+, соответственно; K0+, Na0+, Cl0+ – концентрация ионов вне
клетки, Ki+, Ni+, Cli+ – концентрация ионов в клетке.
Уравнение даёт объяснение многим наблюдаемым в эксперименте и
в естественных условиях изменениям потенциала покоя клетки, например,
её стойкой деполяризации. Деполяризация мембраны, как это следует из
уравнения, может возникнуть при неизменной PNa, если повысить наружную концентрацию ионов K+ (т. е. увеличить соотношение K0/Ki). Концентрация K+ может заметно повышаться во время активации нервных и мышечных клеток, сопровождающейся повышением Pk. Особенно значительно возрастает концентрация K+ в межклеточной жидкости при нарушениях
кровоснабжения (ишемии) тканей, например, ишемии миокарда. Возникающая при этом стойкая деполяризация мембраны приводит к прекращению генерации потенциалов действия, т. е. нарушению нормальной электрической активности клеток.
3.2. Потенциал действия клетки. Потенциал действия обеспечивает передачу сигналов между нервными клетками, нервными центрами и
рабочими органами; в мышцах обеспечивает процесс электромеханического сопряжения.
Потенциал действия по своей физической природе представляет
собой ионный ток. Имеет фазный характер. Особо следует подчеркнуть, что
генерация потенциала действия есть пассивный процесс, протекающий за
счёт энергии градиента и не требующий дополнительного источника
энергии, что обеспечивает в 200–300 раз большую скорость движения ионов,
чем та, которую создаёт ионный насос. В этом механизме, не требующем
энергии метаболизма, виден определённый эволюционный смысл, он состоит
в срочности передачи информации, например, от гибнущих клеток к
живым. Указанное положение доказывается тем, что запаса ионов в клетке
(концентрационных градиентов) достаточно для генерации до 5 × 105 ПД без
подзарядки, т. е. без работы Na/K – насоса. Число импульсов, которое проводит
и генерирует нервное волокно, зависит от толщины последнего, что определяет
запас ионов: чем толще нервное волокно, тем больше запас ионов, тем больше
импульсов оно может генерировать (от нескольких сот до несколько сотен
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тысяч) без участия Na/K – насоса. Если заблокировать выработку энергии, то
клетка будет ещё многократно возбуждаться и в этом случае.
Параметры потенциала действия вариабельны, амплитуда от –80 до
–130 мВ; длительность потенциала действия нервного волокна составляет
1–2 мс, волокна скелетной мышцы – до 10 мс. Форма ПД и временная
последовательность развития его фаз определяются характером сигналов,
отправляемых на эффектор. Однако независимо от этого количество фаз
ПД и характер их возникновения одни и те же.
Слабое, подпороговое, менее критического потенциала (КП)
раздражение может вызвать локальный потенциал (ЛП). В эксперименте
его вызывают путём раздражения клетки электрическим током ниже
пороговой величины (рис. 1). Он подчиняется закону силы: с увеличением
силы стимула величина его возрастает. Пока поток Na+ в клетку
незначителен, деполяризация мембраны является следствием действия
электрического тока – это физический электротон (чисто физическое
явление), пассивное состояние мембраны относительно стимула. При
деполяризации клетки до 50 % пороговой величины, или критического
потенциала (КП) начинают активироваться Na-каналы и Na+ начинает
поступать в клетку. КП – это величина мембранного потенциала, при
которой возникает быстрая деполяризации клетки. Начинается
регенеративная часть потенциала действия.
Фаза быстрой деполяризации – уменьшение заряда клетки до нуля
(рис. 1). Условием, обеспечивающим при этом вход Na+ в клетку, является
увеличение проницаемости клеточной мембраны, которая определяется
состоянием воротного механизма Na-каналов. В некоторых клетках,
например, в кардиомиоцитах, в волокнах гладкой мышцы, важную роль
в возникновении ПД играют управляемые каналы для Са2+. Суммарный
ток ионов в любой момент определяется числом открытых каналов
клеточной мембраны и наличием электрохимических градиентов ионов.
Часть ионного канала, обращенная во внеклеточное пространство,
отличается от части канала, обращенного внутрь клеточной среды
(П. Г. Костюк). Воротный механизм натриевых каналов расположен на
внешней и внутренней сторонах клеточной мембраны, воротный механизм
калиевых каналов – на внутренней стороне (K+ движется из клетки наружу).
В каналах для Na+ имеются активационные m-ворота, они расположены с
внешней стороны клеточной мембраны (Na+ движется внутрь клетки во
время её возбуждения), и инактивационные h-ворота, расположенные с
внутренней стороны клеточной мембраны. В условиях покоя активационные
m-ворота закрыты, а около 80 % инактивационных h-ворот преимущественно
(обычно) открыты; закрыты также калиевые активационные ворота, а
инактивационных ворот для К+ нет, что, по-видимому, является причиной
более медленной реполяризации. Ворота Na-каналов начинают открываться
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при достижении деполяризации клетки до уровня 50-процентного
критического потенциала (КП), который обычно составляет –40 мВ
(возможны и другие величины). Когда деполяризация клетки достигает КП,
проницаемость мембраны для Na+ резко возрастает – открывается
дополнительно большое число потенциалзависимых m-ворот Na-каналов, и
Na+ лавиной устремляется в клетку. В результате интенсивного входа Na+
внутрь клетки процесс деполяризации происходит очень быстро. Через один
открытый Na-канал за 1 мс проходит до 6 000 ионов.
мВ
+ 30
Овершут
0
Реполяризация
Деполяризация
- 80
Критический
Локальные Следовая потенциал (КП)
ответы деполяризация
t
- 100
Стимул
Следовая гиперполяризация
Рис. 1. Электрограмма биопотенциала нейрона
Развивающаяся деполяризация клеточной мембраны вызывает
дополнительное увеличение ее проницаемости и, естественно,
проводимости Nа+ – открываются все новые и новые активационные mворота Nа-каналов, что придает току Nа+ в клетку характер
регенеративного процесса. В итоге мембранный потенциал исчезает,
становится равным нулю. Фаза деполяризации на этом заканчивается. Во
время деполяризации мембраны может увеличиваться проницаемость
последней и для Са2+. Он также идет в клетку, но в нейронах и клетках
скелетной мускулатуры его роль в развитии ПД мала. В клетках
гладкой мышцы и миокарда роль Са2+ существенна.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Фаза
овершута
(изменение
знака
заряда
клетки
на
противоположный) включает восходящую (инверсию) и нисходящую
(реверсию) части. Вся восходящая часть пика ПД в большинстве случаев
обеспечивается в основном входом Nа+ в клетку. После уменьшения
мембранного потенциала до 0 вход Nа+ в клетку продолжается, (m-ворота
еще открыты), поэтому число положительных ионов в ней превосходит
число отрицательных ионов, заряд внутри клетки становится
положительным. Теперь электрический градиент препятствует входу Nа+
внутрь клетки (положительные заряды отталкиваются друг от друга), Nапроводимость снижается. Тем не менее, в течение некоторого периода
времени (доли миллисекунды) Nа+ продолжает входить в клетку – об
этом свидетельствует продолжающееся нарастание величины ПД. Это
означает, что концентрационный градиент, обеспечивающий движение
Nа+ в клетку, сильнее электрического, препятствующего входу натрия.
Примерно через 0,5–2 мс и более после начала деполяризации (время
зависит от вида клетки) рост ПД прекращается вследствие закрытия
натриевых инактивационных h-ворот (инактивация Nа-каналов) и
прекращения поступления Nа+ в клетку.
Нисходящая часть фазы овершута (реверсия) начинается с
открытия ворот калиевых каналов и быстрого возрастания выхода К+ из
клетки. Поскольку К+ находится преимущественно внутри клетки, он,
согласно концентрационному градиенту, быстро выходит из клетки после
открытия каналов, уменьшается число ионов K+ в клетке. Положительный
заряд клетки начинает уменьшаться. Выходу К+ из клетки способствует
также электрический градиент: К+ выталкивается положительным зарядом
из клетки. Так продолжается до полного исчезновения положительного
заряда внутри клетки до конца нисходящей части фазы овершута.
Таким образом, амплитуда ПД по модулю складывается из
величины ПП и величины фазы овершут, составляющей у разных
клеток 10–50 мВ. Если мембранный потенциал покоящейся клетки мал,
амплитуда ее ПД небольшая.
Фаза реполяризации – восстановление знака внутри клетки –
обеспечивается продолжающимся быстрым выходом К+ из клетки по
концентрационному градиенту. Проницаемость клеточной мембраны для
К+ все еще высока (активационные ворота калиевых каналов открыты).
Поскольку клетка теперь снова внутри имеет отрицательный заряд, а
снаружи – положительный, электрический градиент препятствует выходу
К+ из клетки, что снижает его проводимость, хотя он продолжает
выходить. Это объясняется тем, что действие концентрационного
градиента выражено значительно сильнее электрического.
Таким образом, вся восходящая часть пика ПД обусловлена
входом Nа+ в клетку, а нисходящая часть – выходом К+ из клетки.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При записи биопотенциала от поперечнополосатой мышцы (рис. 2) в
конце ПД наблюдается замедление реполяризации и развивается фаза
следовой деполяризации (что объясняется уменьшением проницаемости
клеточной мембраны для К+ и замедлением выхода его из клетки из-за
закрытия значительной части ворот К-каналов).
При блокаде Nа-каналов ПД не возникает. Возможность
временного нарушения работы ионных каналов широко используется в
клинической практике. Так, с помощью местных анестетиков
расстраивается механизм управления воротами Nа-каналов. Это приводит
к нарушению развития ПД, к прекращению проведения возбуждения в
соответствующем участке нерва и устранению болевых ощущений,
например, при хирургических вмешательствах.
мВ
+ 30
Овершут
0
Реполяризация
Деполяризация
- 80
Критический
Локальные
Следовая
потенциал (КП)
ответы деполяризация
t
- 100
Стимул
Следовая гиперполяризация
Рис. 2. Потенциал действия скелетной мышцы
Таким образом, причиной последовательного открытия
электроуправляемых ворот ионных каналов является изменение
мембранного потенциала. По достижении КП далее ПД развивается за
счет потенциальной энергии клетки в виде электрохимического
градиента, который поддерживают ионные насосы. Последние
непосредственно за развитие фаз ПД не «отвечают», хотя работают
непрерывно – и в покое, и во время развития ПД.
Следовая гиперполяризация клеточной мембраны – это
увеличение мембранного потенциала после фазы реполяризации; она
обычно является результатом еще сохраняющейся повышенной
проницаемости клеточной мембраны для К+, характерной для
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
взаимоотношений нейронов в популяции клеток (рис. 1). Активационные
ворота К-каналов еще не полностью закрыты, поэтому К+ продолжает
выход из клетки согласно концентрационному градиенту, что и ведет к
гиперполяризации клеточной мембраны. Постепенно проницаемость
клеточной мембраны возвращается к исходной, а мембранный потенциал
становится таким же, каким был до возбуждения клетки.
Следовая деполяризация в миоците, по-видимому, обеспечивает
повышение возбудимости (экзальтацию), создаёт условия для развития
явления оптимума частоты и силы действующего раздражителя, что
повышает «лёгкость» и «скорость» формирования ответной реакции
клетки. Это, по-видимому, объясняется кратковременным повышением
проницаемости натриевых каналов и входом Nа+ в клетку согласно
концентрационному и электрическому градиентам, что ведет к
кратковременному уменьшению мембранного потенциала. Однако по
настоящий момент механизм развития этого явления недостаточно изучен.
Таким образом, на форму ПД, выраженность и параметры его
фаз накладывает отпечаток функция структур, к которым
посылаются управляющие ПД.
3.3. Практическое применение теории электрогенеза. Как
Луиджи Гальвани, так и авторы других открытий (Генрих Герц –
электромагнитные волны, братья Ж. и Н. Люмьер – кино, А. Беккерель –
искусственная радиоактивность, Александр Попов – радио, Т. Эдисон –
фонограф, телефон) давали новые направления в развитии научной и
технической мысли. Самое интересное в приведённых примерах открытий
заключается в том, что ни один изобретатель даже мысленно не допускал
того уровня развития его детища, который оно получало впоследствии.
Интеграция этих открытий породила новую эпоху – эпоху электроники.
На базе «животного электричества» мы имеем сегодня мощнейшую
индустрию диагностики и лечения человека. В основе бесчисленных
методов электродиагностики лежат незыблемые принципы измерения:
скорости проведения возбуждения по тканям, амплитуды биопотенциалов,
электрического (омического, индуктивного, ёмкостного) сопротивления и
возбудимости, на основании которых выбирается режим соответствующего
электрофизиологического воздействия на поражённую ткань.
Сегодня невозможно себе представить работу медицинского
учреждения любого масштаба без электрокардиографа – электронного
устройства, предназначенного для приёма, фильтрации, усиления и ввода
электрокардиограммы как на самописец, так и в ЭВМ, с последующим
анализом и постановкой вероятных «машинных» диагнозов, отбираемых и
дополняемых кардиоспециалистом. При этом следует учесть, что
электрокардиограмма в настоящее время может анализироваться как
непосредственно у постели больного, так и на расстоянии (телеметрия);
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
как по радиоканалу – с орбиты космического корабля от космонавта
(развитие открытий Г. Герца и А. Попова), так и по телефону (развитие
изобретения Т. Эдисона). В сложных случаях заболеваний «скорая
помощь» на дому может в виде частотно модулированного сигнала
передать электрокардиограмму больного на базу по бытовому телефону, и
после анализа кардиосигнала специалист-кардиолог оперативно выдаст
рекомендации по лечению бригаде скорой помощи.
В настоящее время стала обычной и банальной замена поражённых
пейсмекеров (водителей ритма) сердца вживляемыми электронными
стимуляторами. С дальнейшим развитием электроники станет обычной
такая методика, как стимуляция мышц больного человека биопотенциалами
(записанными в ЧИПах) от мышц здорового человека с целью
предупреждения атрофии мышц в период регенерации повреждённого
нерва. Это может стать более эффективной процедурой в сравнении с
работой массажиста, способного в процессе массажа улучшать кровоток в
денервированных мышцах больного в течение ограниченного отрезка
времени, определяемого усталостью пальцев рук массажиста.
Особо следует остановиться на специфическом применении «животного
электричества», заключающегося в использовании биопотенциалов как
сигналов управления в самых разнообразных устройствах и механизмах.
Общий принцип применения – с мышц человека-оператора биопотенциалы
отводятся макроэлектродами с последующей их селекцией и усилением
импульсов до величины управляющих электродвигателями приводов в
различных механизмах. Биоуправляемые нижние и верхние конечности с
механическими пальцами позволяют людям, помимо самостоятельного
обслуживания себя, писать тексты, картины, работать на пишущей машинке,
чертить, управлять ЭВМ, автомобилем и т. д. В военном деле биоуправление
используют для ускорения процесса управления военными орудиями для
оптимального поражения цели. Например, биопотенциалами мышц шеи
оператор, следящий за целью, управляет серводвигателями орудийного ствола,
который синхронно поворачивается вместе с головой оператора. В нужный
момент оператор моргает глазом (предварительно снимаются блокировки,
запрещающие стрелять от моргания глазами), и снаряд с высокой точностью и
оперативностью поражает цель. Скорость движения биоуправляемых
самолётов превышает в несколько раз скорость звука.
В кинематографе эффективно биологическое управление различными
механическими фантомами, изображающими тех или иных героев в
процессе производства кинофильмов. В этом случае биологические
потенциалы снимаются с мышц тела человека-кукловода и по радиоканалам
передаются на приёмники электрических двигателей тех или иных
элементов куклы-монстра или манекена человека, которые заменяют собой
реального актёра в различных смертельно опасных трюковых съёмках.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 6. Свойства возбудимых тканей
Возбудимые ткани обладают раздражимостью, возбудимостью, проводимостью, автоматией, лабильностью, а мышечные ткани – еще и сократимостью, расслабимостью и тоничностью.
Раздражимость – способность к местному возбуждению.
Возбудимость – способность к распространяющемуся возбуждению.
Проводимость – способность передавать возбуждение от одной части
клетки или от одной клетки к другим.
Автоматия – способность к самовозбуждению.
Лабильность – способность к ритмической активности, а по Н. Е. Введенскому –
скорость элементарных реакций, лежащих в основе возбуждения.
Сократимость – способность развивать напряжение и (или) менять
длину при возбуждении.
1. Возбудимость (В) – важнейшее свойство, определяющее величину
реакций клеток (тканей) на различные стимулы, а следовательно, и участие
этих структур в приспособительной деятельности организма.
В. нервного волокна больше, чем мышечного, В. скелетной мышцы
больше, чем В. гладкой.
В. может быть оценена такой ее мерой, как порог возбудимости (раздражения, возбуждения). Порог (S) обратно пропорционален возбудимости (ε):
S=1/ε
Распространяющееся возбуждение (РВ) может возникнуть лишь в
том случае, если стимул равен порогу силы (Si), времени (St) и градиента
(Sg) или превышает его.
Какими свойствами клеток определяется их возбудимость? Показано, что она зависит от порога деполяризации (Sd):
ε=1/Sd
В свою очередь, этот порог есть разность между мембранным потенциалом покоя (МПП) и критическим уровнем деполяризации (КУД):
Sd = МПП – КУД
Понятие порога деполяризации можно определить как ту часть
МПП, на которую его нужно уменьшить, чтобы деполяризация достигла
КУД и местное возбуждение перешло в распространяющееся.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оказывается, многие воздействия, которые применяются в клинике для
направленного изменения возбудимости, меняют прежде всего МПП и КУД.
Так, использование постоянного электрического тока для лечения основано
на изменениях МПП. При «вяло» текущих параличах, когда лечение должно
привести к повышению возбудимости клеток, в качестве активного электрода
применяется катод, который деполяризует мембраны и снижает МПП.
При болевых синдромах используется, напротив, анод, снижающий
возбудимость за счет гиперполяризации – увеличения МПП.
Такие медикаментозные средства, как препараты кальция, анестетики, наркотики, антиаритмические (кардиотропные) препараты, снижают возбудимость за
счет уменьшения (приближения к 0) критического уровня деполяризации.
Недостаток кальция, напротив, может привести к увеличению КУД,
снижению Sd и повышению возбудимости. Это может стать причиной
склонности к судорогам, спазмам гладкой мускулатуры.
Возбудимость фазно меняется во время импульса РВ. В период начальной фазы местного возбуждения (1) В. немного повышается; при
достижении КУД она резко падает до 0: начинается абсолютная рефрактерная фаза (2), характеризующаяся полным отсутствием В. Во времени
эта фаза соответствует или восходящей фазе пика ПД (при высоких параметрах функциональных свойств клетки), или всему пику. Эта фаза, открытая Э. Мареем при изучении особенностей мышцы сердца, имеет определенную функциональную роль. Она исключает реакции возбуждающейся ткани на любые, даже очень сильные стимулы, тем самым устраняя помехи; Э. Марей назвал рефрактерность «невпечатлительностью».
Относительная рефрактерная фаза (3) развивается вслед за абсолютной и длится примерно до середины периода времени, «занятого» отрицательным следовым потенциалом. В это время мембрана реполяризуется,
т. е. восстанавливает свой исходный потенциал, поэтому возбудимость постепенно повышается, но еще не достигает исходного уровня. Клетка может
ответить лишь на очень сильные стимулы, например, действие сетевого тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Такого рода случайное воздействие
на организм – электротравма – может оказаться смертельным, т. к. каждый
импульс тока может вызвать внеочередное сокращение различных участков
мышцы сердца – смертельное нарушение ритма, называемое фибрилляцией.
Следующая стадия – экзальтационная, или стадия повышенной
возбудимости (4) была открыта Н. Е. Введенским. Она соответствует второй половине следового отрицательного потенциала – небольшой деполяризации мембраны, при которой возникает возможность новой вспышки
возбуждения в ответ на слабый стимул: клетка, подобно человеку «с засученными рукавами», находится в состоянии рабочей готовности.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наконец, в некоторых клетках с хорошо развитым положительным
следовым потенциалом, например, в мотонейронах спинного мозга, может
далее развиться фаза субнормальной возбудимости (5), которая может
стать основой последовательного торможения. Такой процесс ограничивает возможность развития в нейроне частой импульсации, что особенно
важно для предупреждения слишком интенсивного сокращения мышц.
Динамика изменений возбудимости (б) при возбуждении (а) может
быть представлена следующим образом:
2. Лабильность (функциональная подвижность) – понятие, предложенное Н. Е. Введенским. Соматические нервы более лабильны, чем скелетные мышцы, последние отличаются более высокой лабильностью по
сравнению с гладкими мышцами. У взрослых людей лабильность возбудимых тканей выше, чем у детей и пожилых. Изменения Л. развиваются не
всегда в том же направлении, в каком меняется В.
Сам Н. Е. Введенский определил данное свойство так: «Под именем
лабильности я понимаю большую или меньшую скорость элементарных
реакций, сопровождающих рабочую активность». В качестве параметров
(мер) лабильности используются временные интервалы и частота волн
возбуждения. Таковыми являются: длительность пика ПД и рефрактерных
фаз, а также порог времени и максимальный ритм возбуждения (МРВ).
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МРВ – то наибольшее число импульсов (волн) возбуждения, которое
может развиться в клетке в единицу времени при полном соответствии с
частотой стимуляции. В нервном волокне он равен 300–400, в мышечном –
30–120 импульсам в секунду. МРВ целого нервного ствола или мышцы
значительно больше, как это показал Н. Е. Введенский, за счет одновременного возбуждения многих волокон (клеток).
МРВ нестоек, т. к. ткань (клетка) возбуждается при этом в относительную
рефрактерную фазу, и возбудимость ее может постепенно снижаться. Если клетку (ткань) раздражать сразу с частотой, превышающей МРВ, может развиться
снижение ответной реакции, называемое пессимумом. Таким образом, пессимум
– это снижение функциональных свойств ткани и ее ответной реакции, связанное
с действием стимулов высокой частоты, при этом каждый стимул действует на
ткань в фазу относительной рефрактерности. Пессимум может быть вызван и при
увеличении интенсивности стимула, поэтому Н. Е. Введенский, автор учения о
пессимуме и оптимуме, различал пессимум частоты и пессимум силы. Это явление лежит в основе запредельного торможения, развивающегося в спинном и
головном мозге при снижении функциональных свойств нервных центров и
(или) действии чрезмерно сильных (частых) стимулов.
В обычных условиях ткани работают в режиме более низких ритмов своей активности. Оптимумом называют стабильный уровень активности, соответствующий ритмам умеренной частоты, при этом каждый стимул действует
на клетку в фазу экзальтации. Такая частота в 2–3 раза ниже максимальной.
В этой лекции часто звучит имя выдающегося российского физиолога
Н. Е. Введенского. Как он сам о себе говорил, его «жизнь прошла в обществе
нервно-мышечного препарата». Кроме открытия экзальтационной фазы и ритмических изменений возбудимости, явлений оптимума и пессимума, он показал относительную неутомляемость нерва и высокую утомляемость синапса;
изучал волновую природу возбуждения, впервые описал феномен парабиоза. В
течение 43 лет он обучал студентов физиологии. Будучи учеником знаменитого
И. М. Сеченова, Н. Е. Введенский сам создал в Петербургском университете школу физиологов. Официальной датой ее рождения считают 1901 г., в связи с выходом в свет книги Н. Е. Введенского «Возбуждение, торможение, наркоз».
Самым ярким представителем школы Н. Е. Введенского явился академик А. А. Ухтомский. Развивая идеи своего учителя, А. А. Ухтомский
впервые описал явление усвоения ритма, т. е. повышения лабильности в
результате стимуляции. Этот феномен может быть основой врабатывания,
т. е. увеличения работоспособности человека в первые 1–2 часа работы.
Применение же сверхсильных или частых стимулов, а также утомление
могут привести к снижению лабильности. Таким образом, лабильность и
возбудимость – свойства непостоянные.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Законы раздражения отражают зависимость ответной реакции от параметров раздражения, а также зависимость пороговых параметров друг от друга.
Закон силы выражает прямую (до определенного уровня) зависимость реакции от интенсивности стимула. Это способствует более точному
отражению среды и, следовательно, адекватному приспособлению к ней.
По закону силы развиваются не только процессы местного возбуждения,
но и любые суммарные ответные реакции нервной и мышечной тканей: с
увеличением интенсивности стимула растет число реагирующих на него
клеток и их общий ответ повышается.
Примерно такой же биологический смысл имеет закон длительности раздражения: чем эта длительность больше, тем выше (до определенных пределов) ответная реакция ткани.
Закон «всё или ничего» характерен для распространяющегося возбуждения (РВ) аксонов нервных клеток и волокон скелетных мышц; в миоцитах по этому закону развиваются не только ПД, но и реакции сокращения:
на подпороговый стимул РВ нет («ничего»), а на пороговые и более интенсивные стимулы возникает одна и та же по величине реакция («всё»). Таким
образом, реакции по закону «всё или ничего» характерны для клеток специализированных тканей; это обеспечивает упорядочение, стабильность ответных реакций отдельных клеток. На тканевом уровне только миокард реагирует на стимулы по этому закону, тем самым поддерживая относительное
постоянство своей сократительной активности в определенные периоды
времени. Это обусловлено синцитиальным строением миокарда.
Закон силы – времени отражает близкую к обратной зависимость
между порогом силы и порогом времени действия стимула. Эта зависимость, выявленная для скелетных мышц Л. Лапиком (1925), характерна
лишь для кратковременно действующих стимулов, она может быть выражена гиперболой. Существуют и минимальные значения порогов силы и
времени: токи УВЧ обладают, как известно, лишь тепловым эффектом, но
не возбуждают, т. к. длительность действия на ткань каждого импульса такого тока значительно меньше минимального порога времени.
Закон градиента выражает зависимость между крутизной нарастания интенсивности раздражения и величиной возбуждения: чем больше
крутизна, тем больше – до определенного предела – величина реакции. Эта
зависимость связана с тем, что живая система клетки, ткани, реагируя на
стимул, практически одновременно развивает инактивирующие реакции,
стабилизирующие состояние системы. При недостаточной крутизне нарастания стимула (ниже так называемого порога градиента) инактивационные
процессы не допускают возникновения РВ, т. е. развивается аккомодация.
Но при высокой крутизне инактивационные процессы становятся относительно недостаточными, и они тем слабее, чем больше градиент нарастания
интенсивности стимула во времени.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 7. Физиология мышц
Жизнью человека, его ростом и развитием правит мышечная активность. В
движении ... таится великий смысл. Двигаясь, организм старается не только восполнить израсходованное, но и накопить больше, чем истратил.
И. А. Аршавский
1. Функции мышечной ткани в организме
Динамическая функция состоит в обеспечении движения крови (сердечная мышца), содержимого желудка, кишечника и других полых органов
(гладкие мышцы), частей тела или всего тела в пространстве (скелетные
мышцы). Защита организма, добыча пищи, трудовые процессы, речь человека невозможны без скелетных мышц. Очень многие психические функции включают мышечный компонент: «Смеется ли ребенок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к
Родине, дрожит ли девушка при первой мысли о любви, создает ли Ньютон
мировые законы и пишет их на бумаге – всюду окончательным актом является мышечное движение» (И. М. Сеченов).
Регулярные физические нагрузки, например, занятия ходьбой, бегом,
плаванием, способствуют активации и тренировке сердечно-сосудистой и
других систем, повышают уровень здоровья и продлевают жизнь.
Статическая функция гладких мышц обеспечивает определенный
уровень давления содержимого сосудов и полых органов; скелетные мышцы способствуют поддержанию позы, удержанию груза.
Рецепторная функция мышечной ткани, реализуемая находящимися
в ней баро-, волюмо- и проприорецепторами, способствует саморегуляции
многих параметров внутренней среды, тонуса мышц, формированию «темного мышечного чувства» (И. М. Сеченов).
Обменная функция мышц, в частности, скелетных, обусловлена тем,
что они могут служить в качестве депо гликогена и белка, что используется при функциональном напряжении организма, развивающемся в
периоды стрессорных реакций.
2. Свойства мышечной ткани
2.1. Физические свойства. Растяжимость – способность к увеличению
размеров мышцы под влиянием приложенного усилия. В скелетной мышце
длина может возрастать на 20–40 % по сравнению с длиной ее равновесного
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
состояния. За счет активации механочувствительных каналов повышается
проницаемость к ионам натрия – возбудимость мышцы при удлинении увеличивается, поэтому степень укорочения при возбуждении возрастает.
Эластичность – способность возвращаться к прежним размерам после
прекращения деформирующего усилия; определяется свойствами миофибрилл и способствует пассивному участию мышц в некоторых движениях.
Пластичность – способность сохранять приданную растяжением
длину без изменения напряжения; высоко выражена у гладких мышц, например, желудка, не сопротивляющихся растяжению во время приема пищи. Пластичность свойственна и скелетным мышцам: мышцы живота
женщины «не препятствуют» растяжению их при беременности.
Вязкость (внутреннее трение) – обеспечивает сопротивление жидкости – цитоплазмы миоцитов – перемещению одного слоя этой жидкости относительно другого. Это свойство создает сопротивление резким изменениям длины мышцы, что препятствует травмированию мышц и сухожилий.
2.2. К физиологическим свойствам относятся возбудимость, лабильность, проводимость, сократимость расслабимость, тоничность, для
гладких и сердечной мышц – автоматия. Адекватными стимулами для скелетной мышечной ткани являются сигналы, передаваемые через синапсы
нервными центрами, подчиняющимися произвольному контролю. Искусственная электростимуляция используется для повышения функциональных свойств и поддержания трофики мышц в спорте, космонавтике, лечебной физкультуре; электрическая стимуляция сердца применяется для восстановления его нарушенного ритма и поддержания жизни человека.
Гладкие мышцы могут возбуждаться и под влиянием различных
биологически активных веществ, в частности, гормонов. В ответ на растяжение они могут развивать возбуждение и сокращаться. Так поддерживается постоянство кровотока через кровеносные сосуды в жизненно важных
органах – мозге, почках и др.
Проводимость мышечной ткани меньше проводимости аксонов
нервных клеток. Проводятся электрические волны возбуждения, вслед за
появлением которых развиваются механические реакции.
Сократимость проявляется in vitro в изометрических, изотонических и
смешанных типах сокращения; в организме изотонические сокращения практически не встречаются, и напряжение мышц растет при любых вариантах
изменения их длины. Длина же мышцы при сокращении может не только
уменьшаться, но и увеличиваться (при попытке поднять непосильный груз).
3. Режимы и виды мышечных сокращений
Режимами (типами) мышечных сокращений могут быть варианты
изменений длины мышцы (напряжение ее при всех режимах in vivo возрастает): 1) изометрическое, при котором длина не меняется; 2) концентриче62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ское – длина уменьшается и 3) эксцентрическое – длина возрастает. Последнее развивается, например, при попытке поднять непосильный груз.
Различают виды сокращений: одиночные, тетанические (зубчатый и
гладкий тетанус), тонические и контрактуру.
Одиночное сокращение является ответом на редкие стимулы – с интервалами, превышающими длительность сокращения. Оно длится в икроножной мышце лягушки 0,10–0,12 с, в сгибателях и разгибателях пальцев
руки человека – 0,15–0,30 с, в мышцах глазного яблока – 0,008 с; в естественных условиях встречается чаще других видов сокращений. За счет асинхронных одиночных сокращений разных мышечных волокон может развиться как бы слитное длительное сокращение. Одиночное сокращение
имеет три фазы: латентный период, укорочение и расслабление. Длительность периода расслабления обычно в 1,6 раза больше периода укорочения,
что соответствует соотношению периодов многих двухфазных процессов в
природе. При утомлении расслабление становится еще более длительным.
Тетаническое сокращение развивается при частой стимуляции с интервалами между отдельными раздражителями, длительность которых меньше продолжительности одиночного сокращения. Если каждый стимул действует на мышцу в фазу расслабления, то развивается зубчатый тетанус. По
данным Н. В. Зимкина (1984), такое сокращение мышц плеча, спины и бедра
у молодых людей может быть вызвано при частоте стимуляции 5–12 Гц.
Гладкий тетанус возникает в этих же мышцах при 10–30 импульсах
электрического тока в секунду. При этом каждый стимул раздражает
мышцу в период укорочения. В естественных условиях жизнедеятельности
человека гладкий тетанус практически не развивается, т. к. мотонейроны
обычно имеют невысокую частоту импульсации.
Для изучения моторных функций важным является понятие «двигательная единица» (ДЕ). Она состоит из сегментарного мотонейрона с его
аксоном и всеми мышечными волокнами, иннервируемыми этим нейроном. ДЕ могут быть «медленными» и «быстрыми». Интенсивность и относительная кратковременность тетанического сокращения достигается участием в нем мышечных волокон «быстрых» ДЕ, нейроны которых обладают более высокой проводимостью и лабильностью, а мышечные волокна –
обычно светлой окраски – более высокой способностью к анаэробным реакциям, чем в «медленных» ДЕ.
Интенсивность тетанического сокращения зависит: 1) от числа одновременно возбуждающихся ДЕ или от величины раздражающего стимула; 2) от
частоты стимуляции, с которой могут быть связаны явления оптимума и пессимума (докторская диссертация Н. Е. Введенского «О природе тетануса»).
Если частота раздражения сравнительно невелика и каждый стимул действует на мышцу в стадию экзальтации, то развивается тетаническое сокращение
высокой амплитуды, миограмма которого имеет «восходящее» плато. Такое «оп-
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тимальное» сокращение, по данным Н. В. Зимкина (1984), у человека можно искусственно получить, используя частоту 10–70 электрических импульсов в 1 с.
При увеличении частоты стимулов (у человека – до 15–150 в 1 с) интенсивность сокращения снижается, миограмма имеет «нисходящее плато» –
развивается пессимум.
Тонус – длительное сокращение невысокой интенсивности, почти не
сопровождаемое утомлением. Развивается в гладких и ряде скелетных
мышц, например, формирующих позу. Развитию тонуса способствует вязкость саркоплазмы; невысокая интенсивность и низкая утомляемость связаны с асинхронным участием в тоническом сокращении медленных ДЕ. Нейроны их обладают высокой возбудимостью, низкой лабильностью и проводимостью, а мышечные волокна, имеющие красный цвет, содержат много
миоглобина, АТФ и способны, как правило, только к аэробным реакциям.
Контрактура – остаточное, сравнительно длительное сокращение
мышцы после полного прекращения связанных с ее возбуждением электрических реакций. Это состояние обусловлено конформационными изменениями сократительных белков в связи с исчерпанием запасов АТФ и нарушением функций кальциевого насоса. Причинами этих явлений могут быть
развитие утомления, а также отравление и нарушение кровотока. Контрактура скелетных мышц развивается, в частности, при трупном окоченении.
4. Механизм мышечного сокращения
и электро-механическое сопряжение
А. и Г. Хаксли (1954) принадлежит принятая сегодня теория «скольжения» актиновых (А) и миозиновых (М) протофибрилл относительно
друг друга. Скольжение обусловлено «тянущей» силой, развиваемой «мостиками» М-протофибрилл, состоящими из «головок» М-молекул.
Мостиковый цикл включает: а) присоединение молекулы АТФ к головке М-молекулы; б) соединение с помощью мостика А- и М-протофибрилл; в)
расщепление АТФ, осуществляемое при участии актина и миозина, обладающего АТФазной активностью (В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова, 1939). В
результате мостик укорачивается и совершает как бы «гребок», продвигая Апротофибриллу к центру саркомера. Один «гребок» укорачивает саркомер на
1 %, за 0,1 с таких микродвижений может быть до 50.
Отсоединение М-мостика от А-протофибриллы возможно лишь при участии
АТФ. Когда ее количество невелико, развивается стойкое сокращение – контрактура.
Изометрическое сокращение рассматривают как результат сочетания
укорочения одних участков мышечного волокна с растяжением других.
Существуют, по-видимому, и другие механизмы укорочения мышц –
за счет утолщения и уменьшения длины миозиновых филаментов. В гладких мышцах вен сокращение может быть связанным с конформациями молекул коллагена (М. Ф. Шуба, 1994). Сократительные белки имеются и в
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нейронах, обеспечивая их двигательную функцию, и в миоэпителиальных
клетках желез, способствуя продвижению секрета. Миофибробласты соединительной ткани за счет этих белков способствуют заживлению ран.
В электро-механическом сопряжении (см. рис. 1) мышечной ткани
ключевую роль играют ионы кальция. Еще С. Рингер (1883) наблюдал прекращение сокращений сердца лягушки после удаления этих ионов из раствора, в котором находится орган. Позднее было показано, что в этих условиях в сердце продолжают формироваться биопотенциалы действия.
Согласно теории А. Каца (1972), роль кальция состоит в соединении
с тропонином, кальций-рецептивным белком скелетных и сердечной
мышц. В гладких мышцах таким белком является кальмодулин. В сокращении мышц, таким образом, участвуют непосредственно два рода белков:
сократительные (А и М) и модуляторные – в сердечной и в скелетных
мышцах – тропонин (Т) и тропомиозин (ТМ).
Рис. 1. Электро-механическое сопряжение мышечной ткани
Кальций поступает в саркоплазму из внеклеточных промежутков или
специальных внутриклеточных депо – цистерн саркоплазматического ретикулума (СР), где его концентрация в 10000 раз превышает таковую саркоплазмы, чему способствует белок кальсеквестрин, в 40 раз превышающий накопление кальция в СР. Причиной выхода ионов кальция из СР является деполяризация мембраны СР в результате влияния электрического
поля деполяризующейся при возбуждении мембраны мышечной клетки.
Этому влиянию способствуют тубулы – «впячивания» мембран клеток.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, сопряжение электрических и механических реакций
мышечной клетки включает: а) деполяризацию клеточной мембраны;
б) деполяризацию мембраны цистерн СР; в) выход из них ионов кальция;
г) соединение кальция с тропонином и конформационные изменения этого
белка; д) снятие «тропонинового блока», в результате чего другой модуляторный белок ТМ конформируется и «освобождает» активный участок Апротофибриллы; е) мостик М-протофибриллы присоединяется к освобожденному участку А-протофибриллы.
Расслабление мышцы возможно только после снижения концентрации ионов кальция в цитоплазме миоцитов. Это достигается активностью
«кальциевого насоса», включающего АТФ и АТФазу. Недостаточный ресинтез АТФ в клетке приводит к неполноценному расслаблению мышцы,
как это, в частности, наблюдается в сердце в процессе формирования при
стрессе очаговых контрактур миокарда (Ф. З. Меерсон, 1983).
Лечебные фармакологические препараты, способствующие снижению концентрации кальция в клетке, – «антагонисты кальция» – в настоящее время широко используются для снятия спазма кровеносных сосудов,
например, при ишемии миокарда и гипертонии.
5. Сила и работа мышц
Сила мышечной тяги определяется величиной напряжения, развиваемого мышцей и измеряемого грузом, который мышца может поднять
при сокращении. Одно волокно способно развить напряжение 0,1–0,2 г. С
возрастом показатель силы мышцы увеличивается: до 0,5 года – за счет
появления новых волокон, в последующем – только за счет увеличения их
диаметра. Суммарная сила всех мышц человека приближается к 25 т.
Абсолютная (общая) мышечная сила – показатель, характеризующий
всю мышцу, относительная (удельная) – ее часть, соответствующую 1 см2
площади поперечного сечения мышцы.
Работа мышцы может быть динамической (Ад) и статической (Ас).
Ад определяется величиной груза, поднимаемого мышцей, и высотой
подъема: Ад = Р . h. Статическая работа состоит в поддержании напряжения (F), измеряется его величиной и длительностью: Aс = F . t.
Величина работы зависит от нагрузки: наибольшие величины работы
мышцы и ее КПД соответствуют средним (оптимальным) нагрузкам. Величины этих нагрузок могут возрастать в процессе «врабатывания» и тренировок за счет повышения функциональных свойств ДЕ и развития гипертрофии (утолщения) мышечных волокон.
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 8. Проведение возбуждения
в нервных проводниках и синапсах
Высшие проявления человеческой
психики – гений, талант – зависят не от
числа нервных клеток и их величины, а от
того, как они связаны друг с другом.
С. Рамон-и-Кахаль
1. Нервные проводники
Сравнительно быстрое проведение возбуждения считается специфическим свойством нервных волокон. Функциональными особенностями их являются: а) высокая лабильность (максимальный ритм возбуждения одиночного нервного волокна достигает 400 импульсов в секунду); б) высокие возбудимость и проводимость; в) сравнительно низкие энерготраты и утомляемость.
Механизм проведения возбуждения по нервному и мышечному волокнам можно представить в виде двух явлений: а) раздражающего действия катэлектротонического сигнала, порождаемого потенциалом действия возбужденного участка нервного волокна, и б) возникновения потенциала действия
в новом, соседнем участке волокна. Таким образом, каждый участок нервного и мышечного волокон сначала является раздражаемым, а затем – раздражающим. Фактически возбуждение проводится с помощью электрического
поля, в котором движутся ионы. Последние формируют местные ионные токи (биотоки) между возбужденным и невозбужденным участками волокна.
Теория локальных токов для объяснения механизма проведения возбуждения
по нервным проводникам была обоснована в 1879 г. Л. Германном.
В миелинизированных нервах за счет «перескоков» через перехваты
Ранвье энерготраты на проведение возбуждения особенно низки, а потребление кислорода в 200 раз меньше, чем в безмякотных проводниках.
Особенности проведения возбуждения по нервным проводникам выражаются тремя законами: 1) двустороннего проведения, 2) изолированного проведения (в миелинизированных волокнах) и 3) физиологической целостности
нерва. Физиологическая целостность нерва может обратимо нарушаться в результате развития парабиоза – «состояния между жизнью и смертью», изученного в конце ХIХ в. Н. Е. Введенским. При действии на нервные проводники
наркотиков и солевых растворов он наблюдал постепенное снижение возбудимости, лабильности и нарушение закона силы. Это выражалось в развитии
фаз уравнительной (когда реакции на средние и сильные стимулы становились
одинаковыми) и парадоксальной (реакции на сильные стимулы были меньше,
чем на средние). Затем возникала тормозная стадия – реакции прекращались.
Физиологическим парабиозом Н. Е. Введенский назвал явление пессимума.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Явление парабиоза по существу – стойкое, «неколеблющееся» возбуждение, развивающееся при действии сильных стимулов. Оно может становиться основой торможения не только на периферии, но и в нервных центрах
(«запредельное» торможение), в частности, при обмороках, шоке и других
состояниях. Связь этого торможения с обезболиванием Н. Е. Введенский отразил в своей книге «Возбуждение, торможение, наркоз».
2. Синапсы
2.1. Общая характеристика. Слово синапс заимствовано из греческой лексики и в буквальном смысле обозначает «соприкосновение,
связь». Достижения синаптологии – важнейшего направления нейробиологии – применяются в различных сферах человеческой деятельности, в частности, в военном деле (для создания отравляющих веществ), в санитарии
(для разработки инсектицидов), в экспериментальной и клинической медицине. Такие проявления активности мозга, как интегративная деятельность, процессы обучения, памяти, мышления, могут быть поняты только с
позиций научных данных о синаптическом проведении.
Многие заболевания так или иначе связаны с нарушением синаптических процессов. Так, шизофрения и паркинсонизм характеризуются патологией дофаминэргических синапсов мозга. Большая часть фармакологических препаратов адресуется к синапсам, т. е. является синаптотропной.
Открытие синапсов произошло в середине XIX в. и связано с именем
великого французского физиолога Клода Бернара. Он заинтересовался механизмом действия яда кураре, которым южноамериканские индейцы начиняли стрелы для обездвиживания жертвы. Действуя этим веществом на
различные участки нервно-мышечного препарата, К. Бернар обнаружил,
что препарат блокирует не нерв или мышцу, а участок перехода нервного
волокна в мышечную ткань. В этом месте, как оказалось, возбуждение
проводится только в одном направлении.
Н. Е. Введенский (1886, 1901) обнаружил повышенную утомляемость
и низкую лабильность данной структуры, склонность ее к пессимальным
реакциям. Выдающийся английский физиолог, лауреат Нобелевской премии
Ч. Шеррингтон (1897) для обозначения участка контакта нервной клетки с
другой нервной или мышечной клетками впервые применил термин «синапс». Он же обнаружил суммацию синаптического возбуждения и последействие, открыл синаптическую задержку.
Вначале предполагали, что проведение возбуждения через синапсы имеет,
как в нервных волокнах, лишь электрическую природу. Так появилась «электрическая теория»; в 50-е гг. ХХ в. она была, однако, полностью отвергнута.
В настоящее время доказано, что электрический механизм не является
ведущим в большинстве синапсов. Однако так называемые «электрические
синапсы» (эфапсы) найдены не только у беспозвоночных животных и в рес68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ничном ганглии птиц, но и у приматов, в частности, на мотонейронах. В
электрических синапсах относительно велика площадь контакта и узка синаптическая щель(до 5 нм), что обеспечивает быстрое проведение возбуждения и способствует синхронизации активности различных мотонейронов.
В большей части синапсов механизм проведения является химическим. Этот механизм был впервые открыт в синапсах вегетативных нервов
на мышце сердца австрийским физиологом и фармакологом О. Леви (1921)
благодаря его «сну в пасхальную ночь». Ему приснилась схема проведения
опыта, которую он ранее обдумывал много дней. В своей лаборатории
О. Леви предпринял далее серию экспериментов на лягушках: раздражая
вагус – блуждающий нерв – и наблюдая урежение сокращений, он собирал
перфузионную жидкость, оттекающую от органа, и действовал ею на сердце другой лягушки. При этом наблюдался эффект, подобный вагусному,
хотя электрических воздействий на блуждающий нерв этого животного не
применялось. В 1926 г. Леви воспроизвел свой опыт 18 раз на одном и том
же сердце лягушки, демонстрируя его участникам Всемирного физиологического конгресса. Через 10 лет он был удостоен Нобелевской премии.
Химическая природа проведения была далее доказана при изучении
нервно-мышечных синапсов скелетных мышц (А. Ф. Самойлов, 1925) и
межнейронных синапсов вегетативных ганглиев (А. В. Кибяков, 1933).
В настоящее время все синапсы делят на группы: 1) химические, электрические и смешанные; 2) возбуждающие и тормозные; 3) центральные и
периферические; 4) нервно-эффекторные, нейро-рецепторные и межнейронные. Последние могут быть аксо-соматическими, аксо-аксональными, аксодендритическими, дендро-дендритическими и т. д. Нейро-эффекторные (органные) синапсы делятся на нервно-мышечные и нейро-секреторные.
2.2. Виды медиаторов, их секреция. Медиаторы – нейропередатчики, нейротрансмиттеры – являются средством перекодирования информации с электрического «языка» на химический. Сегодня известно более
30 медиаторов. Некоторые вещества этого типа (норадреналин, пептиды)
могут попадать и в кровь, выступая в роли гормонов.
По типу основного медиатора, выделяемого в синапсах, последние получили название холинэргических, серотонинэргических, дофаминэргических и
т. д. Второй корень этих слов берет начало от греческого слова «эргон» (работа).
В роли медиаторов выступают: ацетилхолин, некоторые моноамины,
пептиды, аминокислоты, пурины (АТФ, аденозин) и др. Ряд пептидов (энкефалины, нейротензин и др.), простагландины и некоторые другие вещества могут модулировать синаптическое проведение, и поэтому их называют модуляторами.
Ацетилхолин – одно из первых веществ, отнесенных к медиаторам.
Холинэргическими являются все нейро-эффекторные синапсы, локализованные в скелетных мышцах, многие межнейронные синапсы мозга, а также
центральные и периферические синапсы вегетативной нервной системы.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К моноаминам-медиаторам относятся: катехоламины (адреналин,
норадреналин, дофамин), гистамин, серотонин; они выделяются во многих
синапсах ЦНС и вегетативных нервов. Наряду со многими другими эффектами норадреналин способствует поддержанию бодрствования, удовольствия, формированию сновидений; дофамин участвует в работе центральных
синапсов моторных систем, зон отрицательных эмоций, серотонин – в развитии «медленного» сна.
Пептиды – вещество Р, энкефалины, эндорфины, вазопрессин, окситоцин, гастрин, пептид сна и др. – могут быть и модуляторами синаптического проведения. Они участвуют в разнообразных реакциях, с которыми
связаны настроение и поведение. Вещество Р, например, выделяется в
спинальных синапсах «болевых» путей, а энкефалины – в нейронах антиболевой системы. Секреция энкефалинов и эндорфинов повышается при
иглорефлексотерапии, чем объясняется ее обезболивающий эффект.
К медиаторам-аминокислотам и их солям относятся гамма-аминомасляная
кислота (ГАМК), глицин, глутамат, аспартат. Первые два играют роль тормозящих
медиаторов. При хорее Гентингтона, характеризующейся избыточной двигательной активностью больного, обнаружен дефицит ГАМК в мозгу.
Одним из значительных достижений науки последнего десятилетия является открытие медиаторной и модуляторной роли газообразных веществ:
оксидов углерода (СО) и азота (NO). NO – газообразный и очень кратковременно (несколько секунд) живущий радикал, он легко проникает через биологические мембраны и высокореактивен. Обнаружен как на периферии – в эндотелии кровеносных сосудов, эпителии бронхов, – так и в головном мозгу.
Обладает очень широким спектром действия, участвует в регуляции дыхания,
кровообращения, теплообмена, в механизмах боли, сна, поведения.
В одном и том же синапсе может выделяться несколько медиаторов: один из
них – низкомолекулярный, например, катехоламин, а другие могут быть пептидами.
Жизненный цикл медиатора. Медиаторы синтезируются в основном
в теле нервной клетки, а разрушаются, главным образом, в постсинаптических структурах. Влияя фармакологически на процессы разрушения медиаторов, можно вызывать изменения их количества в синапсах. Большинство
медиаторов проявляет свою активность в концентрации 10-7–10-5 М. В синапсах скелетных мышц она снижена при нервно-мышечных параличах; для повышения концентрации ацетилхолина (АХ) используется витамин В1, блокирующий ацетилхолинэстеразу (фермент, разрушающий АХ).
В обычных условиях истощения («функционального банкротства», по
А. Д. Ноздрачеву и А. В. Янцеву, 1995) синапсов практически не бывает, т. к.
запасы медиатора постоянно пополняются. В 1945 г. биолог
Ш. Вейс, перевязывая нервные стволы, обнаружил через некоторое время образование расширений стволов «выше» и «ниже» места расположения лигатуры. Так был обнаружен аксоток – движение по аксону от тела клетки различных веществ к окончаниям отростков и обратно. Антероградно, т. е. от
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тела клетки к пресинаптическим окончаниям, движутся медиаторы, белки,
трофогены. В обратном направлении – ретроградно – движутся митохондрии,
аппарат Гольджи, не использованные медиаторы, «фактор роста» нервов.
Медиаторы, выделенные из пресинаптической мембраны, в дальнейшем могут разрушаться или подвергаться обратному захвату пресинаптическими структурами. Активное или пассивное поступление в пресинаптические структуры может обеспечить возврат в пузырьки после отсоединения от рецепторов до 80 % медиаторов, в частности, норадреналина.
Вместе с повышением в 5–6 раз синтеза медиатора при увеличении нагрузки на синапс это создает функциональный резерв синаптической передачи.
Выделение медиаторов происходит не только при возбуждении, но и
в условиях относительного покоя. Во втором случае к синаптической щели, диаметр которой в химических синапсах достигает 20–50 нм, асинхронно поступают отдельные пузырьки (везикулы) с медиатором. Количество молекул медиатора в одном пузырьке, называемое квантом, достигает
104. В синаптической щели найдены нити, соединяющие обе мембраны.
Помимо опорной роли, эти нити, очевидно, имеют функциональную значимость, ориентируя движение медиаторов.
При возбуждении ПД пресинаптической терминали повышает проницаемость ее мембраны к кальцию, вход его в терминаль меняет состояние нейрина и стенина – белков везикулярных мембран; достаточно действия четырех ионов кальция на одну везикулу. В результате развивается
синхронное движение в сторону синаптической щели многих пузырьков. В
ответ на один импульс возбуждения в синаптическую щель выделяется от
1–3 (в вегетативных ганглиях) до нескольких сотен квантов медиатора.
Клеточные эффекты медиаторов начинаются с процесса «узнавания»
медиатора особой структурой мембраны, называемой рецептором. Последний
или является молекулой мембранного фермента, или локализуется в структурах натриевых (кальциевых) каналов, а также в молекулах переносчиков. Рецепторы медиаторов представляют собой специализированные группировки
белковых молекул, которые связываются с медиатором по типу «ключ + замок» и в результате инициируют внутриклеточные эффекты медиаторов.
Эти процессы явились предметом активного изучения в 70–90-е гг. XX
столетия, когда молекулярная физиология выдвинулась на передовые позиции науки. Важным событием явилось открытие Е. Сэзерлендом (1972), удостоенным Нобелевской премии, первого из ныне известных внутриклеточных медиаторов – циклического АМФ (аденозин-монофосфата).
Выяснилось, что внутриклеточные сигнализаторы (посредники,
мессенджеры), к которым относят цАМФ, цГМФ (циклический гуанозинмонофосфат), ионы кальция, простагландины, диацилглицерол и инозитолтрифосфат, усиливают эффект медиатора в 107–108 раз. В результате 2–
5 молекул медиатора изменяют метаболизм сотен миллионов молекул, что
может быть основой развития электрических потенциалов возбуждения
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
или торможения, сократительной активности, переноса через клетку (почечного, кишечного эпителия) ионов, молекул, а также появления других
эффектов. Около 70 % лекарственных препаратов действует на ткани и
клетки через данную систему. Ниже представлена упрощенная схема реализации внутриклеточных эффектов медиаторов.
Нервные клетки
Медиаторы
Медиаторы
Метаботропные рецепторы
Ионотропные рецепторы
g-белок
g-белок
Активация аденилатциклазы
(гуанилатциклазы)
Открытие ионных каналов
Изменение [Са2+]
в цитоплазме
Движение в клетку
Nа+, Сl , выход К+
↓
АТФ (ГТФ)
цАМФ (цГМФ)
Изменение электрических
потенциалов мембран
Активность белков-ферментов и др.
Специфическая реакция клетки
Рис. 1. Последовательность изменений в миоците,
развивающихся при электро-механическом сопряжении.
Медиаторы способствуют развитию в клетках постсинаптических потенциалов. Соединение медиатора с рецепторами ионных каналов и конформация рецепторов приводят к изменениям проницаемости каналов: при возбуждении – к натрию, кальцию и калию, при торможении – к калию и хлору. В
клетку проникает большое количество ионов натрия или хлора, а из клетки
выходят ионы калия, и в результате развиваются возбуждающие или тормозные постсинаптические потенциалы величиной 1–10 мВ – соответственно
ВПСП или ТПСП. Эти процессы возникают не только при возбуждении или
торможении, но и в покое, когда выделение квантов медиатора происходит
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
асинхронно и в небольших количествах. При этом появляются миниатюрные
потенциалы величиной 0,1–0,2 мВ, соответственно МинВПСП или МинТПСП.
Местные возбуждающие потенциалы, суммируясь, способствуют
формированию ПД.
Тип реакции постсинаптической структуры – возбуждение или торможение – зависит от вида медиатора и вида рецептора, с которым он соединяется. Так, влияние адреналина и норадреналина зависит от того, соединяются ли они с альфа- или бета-адренорецепторами.
2.3. Модуляция (регуляция) синаптической передачи. Эти процессы
стали предметом научного анализа в 70-е гг. XX в. Они могут иметь характер
ауторегуляции – с участием основного медиатора данного синапса – и гетерорегуляции, в которой участвуют другие медиаторы (модуляторы). Объектом регуляции могут быть структуры как пре-, так и постсинаптических мембран: аппарат синтеза, транспорта, обратного захвата, рецепции медиатора.
Так, пресинаптические ауторецепторы норадреналина (НА) способствуют поддержанию стабильности его выделения в синапсе. Если концентрация медиатора невелика, его молекулы связываются пресинаптическими бетаадренорецепторами (βАР), и в этом случае дальнейшее выделение медиатора в
синапсе возрастает. При повышении же концентрации норадреналина он связывается с альфа-адренорецепторами (αАР), в результате выделение медиатора снижается. Такая же регуляция – при участии пресинаптических М- и Нхолинорецепторов (МХР, НХР) – обеспечивает стабильность выделения в синапсах ацетилхолина (АХ). Эти процессы отражает следующая схема.
αАР
+
НА
-
βАР
+
МХР
+
+
АХ
НА
-
НХР
+
+
АХ
Кроме того, образование норадреналина может снизиться выделением из постинаптической структуры простагландина Е. Число рецепторов
медиатора (или гормона) тоже меняется в результате регуляции.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Модуляторы синаптического проведения участвуют в его гетерорегуляции. Существенной особенностью такой регуляции является большая
длительность эффекта – секунды, минуты, что играет, возможно, особенно
важную роль в формировании мотиваций, в обучении, в процессах сна. Модуляция синаптического проведения может выражаться в изменениях сродства медиатора с рецептором, числа рецепторов, проницаемости мембран.
Модулируют синаптическое проведение гормоны: кортикостероиды,
половые гормоны, кортикотропин, соматостатин, а также простагландины
и регуляторные пептиды: ангиотензин, эндорфины, энкефалины, субстанция Р, либерины. В роли модуляторов могут выступать катехоламины, ацетилхолин, серотонин.
Функциональные свойства химических синапсов:
– односторонность проведения возбуждения – обусловлена специфическими особенностями пре- и постсинаптических мембран, способствует однонаправленным влияниям одной клетки на другую;
– наличие синаптической задержки проведения возбуждения, связанной с химической природой синаптических процессов;
– низкая лабильность, обусловленная тем же;
– трансформация ритма возбуждения – обычно в сторону его урежения –
связана с низкой лабильностью синапса;
– способность к суммации возбуждения, обусловленная местным
характером постсинаптических потенциалов;
– способность к «облегчению», т. е. повышению в начале стимуляции
величины постсинаптических потенциалов от первого импульса примерно до
десятого, в связи с накоплением кальция в пресинаптических структурах;
– способность к депрессии – явлению, противоположному предыдущему и обусловленному длительной (частой) стимуляцией;
– повышенная утомляемость (подробнее об утомлении см. в лекции 38) и чувствительность к ядам, связанные с химической природой синаптических процессов;
– способность к последействию в связи с инертностью постсинаптических процессов.
Одним из важнейших свойств синапсов является пластичность, т. е.
способность к структурным и функциональным изменениям под влиянием
стимуляции. Пластичность может быть кратковременной и выражаться в повышении эффективности проведения возбуждения. Сюда относятся сенситизация, облегчение, посттетаническая потенциация. Возможно и снижение
эффективности: привыкание, депрессия. Долговременные (дни, месяцы) проявления пластичности могут выражаться в росте новых или утрате некоторых
синаптических окончаний. Пластичность синапсов обеспечивает нервные
механизмы адаптации организма при изменении условий его существования.
Все эти свойства определяют, в свою очередь, особенности нервных
центров и способствуют их интегративной деятельности.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 9. Центральная нервная система.
Нейроны и нейронные цепи. Центральное торможение
Возбуждение – слепое ширение, дикий камень, ожидающий скульптора. В роли скульптора выступает торможение.
А. А. Ухтомский
1. Понятие о ЦНС и её функциях
Центральная нервная система (ЦНС) включает головной и спинной мозг.
Её основная роль – обеспечение процессов нервнорефлекторной регуляции на
системном, межсистемном (организменном) уровнях и на уровне «организм +
внешняя среда». В отличие от гуморальной, нервная регуляция может обеспечить быстрые, кратковременные и достаточно избирательные реакции.
1.1. Функции ЦНС. ЦНС свойственны следующие функции: а) афферентная (получение информации из внешней и внутренней среды организма); б) анализа полученной информации и её синтеза (обобщение, интеграция); в) памяти (запечатление, хранение и воспроизведение ранее
принятой информации); г) проводниковая (передача сигналов из одних
участков мозга в другие); д) эфферентная (передача сигналов к рабочим
органам). По И. П. Павлову, различают функциональное, вазомоторное и
трофическое влияния ЦНС на органы и ткани.
ЦНС состоит из нейронов и глионов. Нейрон – основной структурный и функциональный элемент ЦНС. Всего в организме человека около
1012 нейронов, из них лишь 109 находятся на периферии, т. е. вне ЦНС
(чувствительные соматические и разнообразные вегетативные нейроны).
1.2. Функции центрального нейрона. Нейрон обладает воспринимающей поверхностью в виде клеточного тела (сомы) и нескольких отростков (дентритов), на которых находятся синапсы. Аксон нервной клетки –
её эфферентное звено – образует синаптические связи с другими нейронами или эффекторными клетками. Нейроны могут быть афферентными, эфферентными и вставочными. Число последних в ЦНС преобладает, они
могут быть возбуждающими и тормозными.
Функции нейронов в основном те же, что и функции всей ЦНС.
Афферентная функция реализуется через синапсы, число которых
на одном нейроне может достигать десятка тысяч. В постсинаптических
структурах нейрона формируются электрические потенциалы: возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) или тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП), которые невелики по амплитуде и обычно суммируются. Кроме того, на соме и дентритах нейрона имеются и внесинаптические рецепторы, чувствительные к гуморальным стимулам, но реагирующие
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
медленнее. Внесинаптические контакты нейрона важны для процессов нейрогенеза и способны модулировать синаптическую активность.
Проводниковая функция осуществляется посредством местных
биотоков (движения ионов), изменяющих функциональное состояние тех
участков нейрона, которых не достигает синаптический (медиаторный)
сигнал. В результате процессы возбуждения или торможения возникают на
других участках нейрона.
Эфферентная функция заключается: а) в формировании распространяющегося возбуждения (ПД) в области аксонного холмика (зоны генерации
ПД), или начального сегмента аксона, обладающего высокой возбудимостью
(самым низким порогом; здесь наиболее высока плотность натриевых каналов), на основе местного возбуждения при условии достижения критического
уровня деполяризации и б) в проведении ПД по аксону на другие нейроны или
эффекторные клетки. Эфферентная функция может иметь характер спонтанной, или фоновой (имеет место в условиях покоя) и вызванной (возникает при
возбуждении). Импульсная активность нейронов может иметь характер одиночной (редкие ПД), пачковой (группировка импульсов по 2–3 с последующими более длительными интервалами между пачками) и групповой (группировка по 10–15 импульсов). Фоновая активность нейронов играет важную роль в
поддержании тонуса ЦНС и особенно коры больших полушарий.
Интегративная функция – обобщение реакций нейрона на отдельные тормозные или возбуждающие влияния, в результате чего в ответной
реакции нейрона (возбуждении или торможении его) «учитываются» все
разнообразные сигналы, пришедшие к данному нейрону от других клеток.
Интегративным процессам способствуют: а) суммация деполяризующих и
гиперполяризующих токов на аксонном холмике, б) действие различных
синаптических процессов на активацию (освобождение) одних и тех же
внутриклеточных посредников: цАМФ, цГМФ, ионов кальция и др.
Память нейрона заключается в возможности сохранения следов от
прошлых воздействий, будет охарактеризована подробнее в разделе
«Высшая нервная деятельность».
Секреторная функция состоит в синтезе и выделении различных
биологически активных веществ: медиаторов, гормонов и трофогенов, поступающих в околосинаптическое пространство, постсинаптические структуры и в кровь. Трофогены – это группа разнообразных по своей химической природе веществ (аминокислот, белков, нуклеотидов, жирных кислот),
которые косвенно влияют на функцию и структуру нейронов и эффекторов.
Нейроспецифический белок «S-100» влияет на функции каналов натрия и
калия, трофогены могут регулировать синтез белков-рецепторов, медиаторов. Трофическая функция устанавливается раньше медиаторной. В последние десятилетия получено много данных об участии трофогенов в процессах обучения и памяти. При асфиксии новорожденных, при атеросклерозе,
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нарушениях интеллекта в мембранах нервных клеток обнаруживают недостаточное количество трофогенов, получивших название «ганглиозиды».
Нейронам, являющимся основными структурно-функциональными
единицами ЦНС, присущи некоторые особенности метаболизма и свойств.
– Высокое потребление кислорода и глюкозы (нервная ткань в единицу времени потребляет кислорода в 22 раза больше, чем мышечная). Поэтому нервные центры очень чувствительны к недостатку кислорода.
– Способность к альтернативным путям обмена (возможность синтеза необходимых веществ через другие промежуточные продукты) и к созданию крупных запасов веществ (в обороте находится, к примеру, лишь 20 %
всех нуклеиновых кислот; для сравнения, в печени – признанном депо различных веществ – 90 % нуклеиновых кислот находится в обороте). Это
обеспечивает высокую надежность функционирования нервных элементов.
– Способность к движению за счет сократительных белков позволяет осуществлять миграцию, а способность к регенерации лежит в основе
пластичности (приспособительных способностей) нервных центров.
– Невозможность существования без глиальных (вспомогательных) элементов.
1.3. Функции глиальных элементов. Другая группа клеточных элементов нервной системы – нейроглия, или поддерживающие клетки (от греч.
«глия» – клей). Число глионов в ЦНС на порядок выше числа нейронов: 1013
и 1012 соответственно; в процессе эволюции число клеток глии возрастает.
Нейроглия не принимает прямого участия в краткосрочных коммуникативных процессах нервной системы, но способствует осуществлению этой
функции нейронами. Существует несколько типов глиальных клеток. Одни
из них – астроциты (получившие название благодаря своей звездчатой форме) выполняют механическую опорную функцию и играют буферную роль,
регулируя среду вокруг нейронов (они способны поглощать избыток калия и
нейромедиаторных веществ, метаболизируя их). Другие элементы нейроглии
(в ЦНС – олигодендроциты, на периферии – шванновские клетки) обеспечивают электрическую изоляцию нейронных аксонов, образуя миелин и способствуя тем самым увеличению скорости проведения потенциалов действия.
К глиальным элементам относятся также: клетки микроглии, являющиеся
фагоцитами ЦНС, и эпендимные клетки, секретирующие цереброспинальную жидкость. Таким образом, основные функции глионов – трофическая и
защитная. При возбуждении нейрона к нему приближаются глионы.
2. Интегративные процессы мозга
Интегративные процессы мозга, заключающиеся в суммировании, объединении, обобщении информации, развиваются не только на уровне отдельных
нейронов. Коммуникативные сети складываются из нейронных цепей (пулов,
ансамблей), образованных синаптически взаимосвязанными нейронами.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В свою очередь, нейронные цепи объединяются в нервные центры,
которые имеют «многоэтажную» структуру, а нервные центры объединены
в еще более сложные системы, например, лимбическую, лимбикоретикулярную, экстрапирамидную и др. Различают пять типов нейронных
цепей: простые последовательные, дивергирующие, конвергирующие,
кольцевые и сложные (конвергирующе- дивергирующие).
Простые последовательные цепи формируют любую рефлекторную дугу, а также входят в состав всех других нейронных цепей.
Дивергидующие нейронные цепи формируются за счет ветвлений аксона одного нейрона и множества синаптических контактов между этими
ветвлениями и другими нейронами. Такие цепи являются анатомическим
субстратом процессов иррадиации – распространения возбуждения с одного
нейрона одновременно на несколько других. В результате формируется целостная реакция организма. Например, в ответ на раздражение кожных болевых рецепторов руки происходит не только ее сгибание, но и учащаются
сокращения сердца, меняется ритм дыхания, снижается секреция слюны,
расширяется зрачок, в крови увеличивается концентрация адреналина и др.
В результате обеспечиваются «уход» от раздражителя и разнообразные вегетативные реакции метаболического обслуживания этого ухода.
Конвергирующие нейронные цепи образуются за счет формирования
синапсов между аксонами нескольких нейронов и телом одного нейрона. В
результате может развиваться, например, такая целостная реакция, как восприятие – психический процесс отражения действительности в виде субъективного ее образа. Так, целостное восприятие яблока связано с ощущениями
отдельных свойств этого предмета: его цвета, формы, запаха и др. Явление
конвергенции лежит в основе пространственной суммации, обеспечивает
принцип «общего конечного пути», о чем будет сказано далее.
Кольцевые нейронные цепи являются основой явлений последействия,
пролонгирования, или реверберации – движения возбуждения по нейронным кругам, что может лежать в основе кратковременной памяти. В результате ответные
реакции организма могут сохраняться и после прекращения действия стимула.
Конвергирующе-дивергирующие цепи образуются в результате ветвления аксонов двух или более нейронов. При этом одни из образующихся
ветвей формируют синаптические контакты на разных нейронах, а другие
конвергируют на теле или дендритах одного, общего для них нейрона. Эти
цепи лежат в основе таких явлений в ЦНС, как облегчение и окклюзия.
3. Торможение в ЦНС
3.1. Открытие центрального торможения. Нормальная деятельность отдельных нервных центров и ЦНС в целом может осуществляться лишь при обязательном участии тормозных процессов. Торможение – это активный процесс,
проявляющийся в подавлении или ослаблении возбуждения. Явление торможе78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ния в ЦНС, или центральное торможение было открыто в 1862 г. И.
М. Сеченовым. Иллюстрацией этого открытия является опыт «сеченовского торможения», состоящий в определении времени рефлекса до и после раздражения
кристаллом поваренной соли промежуточного мозга лягушки. И. М. Сеченов
объяснил результаты своего опыта наличием в промежуточном мозге (области
зрительных бугров) тормозных центров, «побуждаемых к действию» сильным
осмотическим стимулом в виде хлористого натрия. В ХХ в. эти центры связали с
тормозными структурами ретикулярной формации, которая, как выяснилось далее в работах И. С. Бериташвили и других физиологов, может обеспечивать диффузные (обобщенные) тормозные эффекты. Значительный вклад в изучение процесса торможения внес Н. Е. Введенский, описавший явления пессимума и пессимального торможения, а позднее – Дж. Экклс, в лаборатории которого проанализированы клеточные и синаптические механизмы тормозных процессов.
3.2. Виды торможения. В настоящее время используется следующая
классификация тормозных процессов в нашем организме. Торможение может
быть периферическим (на уровне отдельных органов) и центральным (на
уровне ЦНС). Центральное торможение может быть первичным и вторичным.
Вторичное торможение нейрона развивается в результате его собственного возбуждения, т. е. вторично по отношению к этому возбуждению.
Различают пессимальное и последовательное вторичное торможение.
Пессимальное (запредельное) торможение развивается при снижении лабильности нервной клетки в результате истощения, утомления, нарушений трофики или при действии на клетку сверхсильных стимулов. В
мембране клеток при этом обычно развивается инактивация натриевых каналов, заряд мембраны может быть отрицательным. Такое торможение
имеет ярко выраженное охранительное значение.
Последовательное торможение формируется вслед за обычным по
интенсивности возбуждением. Примером может быть развитие следового
положительного потенциала в мотонейронах спинного мозга, в результате
чего обеспечиваются в целом невысокий ритм активности этих клеток и
средний уровень тонического сокращения скелетных мышц.
Первичное торможение нервной клетки обусловлено влияниями
других нервных клеток (тормозных нейронов), формирующих тормозные
синапсы. Таким образом, первичное торможение причинно не связано с
предшествующим возбуждением заторможенной клетки. Если рассматривать тормозной процесс с позиции его локализации на структурах какоголибо синапса, то можно выделить пре- и постсинаптическое торможение.
Первое локализуется на пресинаптических терминалях, второе – на постсинаптических структурах рассматриваемого синапса.
Постсинаптическое торможение заключается в том, что в нервных
окончаниях тормозных нейронов под влиянием импульсов выделяется
тормозной медиатор (чаще всего глицин или ГАМК), который гиперполяризует мембрану другого нейрона, увеличивая её проницаемость для ионов
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
калия или хлора. Снижается возбудимость данного нейрона, деполяризация не достигает критического уровня и не генерируются ПД. Таким образом, постсинаптическое торможение ухудшает способность реагировать на
другие возбуждающие стимулы, поступающие к нейрону.
Существует много разновидностей постсинаптического торможения.
К самым основным из них относятся возвратное и прямое.
Сущность возвратного торможения заключается в воздействии тормозных нейронов на те же нервные клетки, которые их активируют. Такое торможение может развиваться на многих уровнях мозга. Впервые оно было открыто
австралийским ученым Б. Реншоу в 1946 г. в спинном мозге; тормозные нейроны этого типа были названы клетками Реншоу. Тормозная клетка Реншоу возбуждается под влиянием коллатерали аксона мотонейрона при его интенсивном
возбуждении. Аксон клетки Реншоу, в свою очередь, через синапс с телом мотонейрона тормозит его активность, снижая частоту импульсов. Так обеспечивается саморегуляция ритма моторных и чувствительных нейронов.
Торможение поступательное, прямое, последовательное – позволяет выключить активность тех нейронов, которые обеспечивают несовместимые с данным рефлексом реакции, например, разгибание конечности во время ее сгибания, вдох во время выдоха, глотание во время вдоха.
Коллатераль аксона, который связан с дугой осуществляемого рефлекса
(например, сгибания), одновременно возбуждает тормозной нейрон, направляющий аксон к мотонейрону несовместимой реакции (например,
мышцы-разгибателя). Так осуществляется реципрокная иннервация мышцантагонистов. Поступательное торможение, называемое латеральным и
развиваемое в специфических чувствительных, например, зрительных путях, способствует четкому выделению края рассматриваемого предмета.
Пресинаптическое торможение развивается в случае, когда на пресинаптическом окончании возбуждающего нейрона образует синапс аксон
тормозного нейрона. Таким образом, тормозной медиатор частично или
полностью блокирует проведение возбуждения возбуждающего нейрона, и
его влияние не передается на другой нейрон. На все другие сигналы данный
нейрон реагирует в полной мере. Таким образом, пресинаптическое торможение очень избирательно: блокируется лишь конкретный путь передачи
сигналов, часто – сенсорных, афферентных. Именно поэтому такое торможение часто называют «торможением на входе в ЦНС». Тормозной нейрон при этом может возбуждаться не только коллатералью аксона предыдущего нейрона в данной нейронной цепи, но и нейронами нисходящих путей, блокируя слабые или ненужные в данный момент афферентные потоки
(«шумы»), что облегчает реагирование на существенные, важные стимулы.
3.3. Роль торможения. Торможение является важным участником
процессов координации. Роль торможения заключается в следующем:
1) Охранительное значение. Торможение, в частности, способствует
саморегуляции ритма нейронов. Отсутствие тормозных явлений быстро при80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
водило бы к истощению медиаторов в синапсах и нарушению работы ЦНС в
целом. Охранительная роль присуща всем видам центрального торможения.
2) Выделение важной информации, поступающей в ЦНС. Особенно
ярко эта роль выражена у пресинаптического торможения. К одному нейрону
могут посылаться сотни и тысячи импульсов по разным терминалям, но число дошедших импульсов гораздо меньше (как раз оно и определяется пресинаптическим торможением), т. к. благодаря торможению происходит выделение существенных сигналов из фона. Обеспечение процессов координации в ЦНС – исключение нецелесообразных эффектов. Известно, что блокада торможения ведет к широкой иррадиации возбуждения и судорогам.
И. П. Павлов, глубоко изучавший процессы торможения в высших отделах
мозга, отмечал, что вся наша жизнь связана с взаимоотношениями возбуждения и торможения, определяющими «здоровое» и «больное» состояния мозга.
Лекция 10. Нервные центры и рефлексы.
Принципы координации рефлексов
Мозг представляет собой
ткань – запутанную, сложно сотканную, сложнее всего, что нам
известно во Вселенной.
Д. Хьюбел
1. Нервные центры и их свойства
Существуют различия в анатомическом и физиологическом определениях нервного центра (НЦ). В анатомическом смысле НЦ – это совокупность
нейронов, относительно компактно расположенных на определенном уровне
мозга и представляющих собой центральное звено какого-либо рефлекса. Таким центром, например, является ядро Дейтерса – одно из вестибулярных ядер
продолговатого мозга, «замыкающее» дуги познотонических рефлексов.
В физиологическом смысле НЦ – это функциональное объединение
нейронов, расположенных на различных уровнях ЦНС и обеспечивающих регуляцию какой-либо определенной деятельности. Например, центр регуляции
дыхания имеет свое представительство в спинном, продолговатом и других
отделах мозга (варолиевом мосту, гипоталамусе, лимбической системе, коре
больших полушарий). Различают высшую, рабочую и исполнительную части
нервного центра. Рабочий центр – главная часть центра, без которой невозможно выполнение функции. Рабочий дыхательный центр находится в продолговатом мозге и включает нейроны вдоха и выдоха. Высшим центром дыхания являются надбульбарные отделы головного мозга, которые могут изме-
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нять состояние рабочего центра. Наконец, низший, или исполнительный
центр представлен в спинном мозге мотонейронами дыхательных мышц.
Свойства нервных центров, или особенности проведения возбуждения по центральной части рефлекторной дуги: а) одностороннее проведение, б) замедление проведения возбуждения, в) способность к суммации;
г) последействие; д) иррадиация возбуждения; е) трансформация ритма
возбуждения; ж) относительно низкие лабильность и возбудимость; з) повышенная утомляемость и ранимость (чувствительность к недостатку кислорода, действию токсинов).
2. Рефлекторный принцип деятельности ЦНС
Ведущим принципом деятельности ЦНС является рефлекторный
принцип. Рефлекс (Р.) – это закономерная реакция организма на изменения
внешней или внутренней среды, протекающая при участии нервной системы в ответ на раздражение рецепторов. Рефлекторная дуга – нервный
путь рефлекса – состоит из чувствительного нервного окончания (или рецепторной клетки), чувствительного нервного волокна с ганглием, центральной части (чувствительных, вставочных, эффекторных нейронов разных уровней ЦНС), эфферентного нервного волокна и эффектора.
Основоположником учения о рефлексе как реализуемой нервными
центрами спинного мозга ответной реакции на раздражение явился французский философ, математик и физиолог Рене Декарт (1648). Он сформулировал два важных положения рефлекторной теории: 1) деятельность организма при внешнем воздействии является отраженной (впоследствии ее
стали называть рефлекторной: лат. reflexus – отраженный); 2) ответная реакция на раздражение осуществляется при помощи нервной системы.
Термин «рефлекс» впервые применил чешский физиолог, анатом и
офтальмолог И. Прохазка, а выражение «рефлекторная дуга» – английский
невропатолог и физиолог М. Холл. Новым шагом в развитии учения о рефлексе стала книга И. М. Сеченова «Рефлексы головного мозга» (1863),
главной идеей которой явилось утверждение: «Все акты сознательной и
бессознательной жизни суть рефлексы». Иными словами, И. М. Сеченов
использовал рефлекторный принцип для объяснения механизмов деятельности головного мозга, в том числе процессов мышления. Отсутствие в ряде случаев видимой ответной реакции на действие стимулов ученый объяснил развитием центрального торможения, открытого им годом раньше
(1862). Таким образом, рефлексы могут иметь «усеченный конец».
И. П. Павлов, не будучи прямым учеником И. М. Сеченова, считал,
однако, его своим учителем и высоко оценивал значение книги
И. М. Сеченова, назвав ее «гениальным взмахом русской мысли».
И. П. Павлов более 30 лет своей жизни посвятил изучению высших рефлексов
головного мозга, используя для этой цели метод условных рефлексов и, следо82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вательно, объективный подход к изучению функций мозга. Он развил рефлекторную теорию, основанную на трех принципах: 1) детерминизма, т. е. причинной обусловленности различных процессов мозговой деятельности; 2) анализа и синтеза раздражений в высших отделах мозга; 3) приурочения динамики к структуре, т. е. связи функций мозга с определенными его структурами.
Современный этап развития учения о рефлексе может быть назван системно-кибернетическим и связан с именами советских физиологов
Н. А. Бернштейна и П. К. Анохина. Идеи обратной связи были использованы
для объяснения механизмов рефлекторной деятельности Н. А. Бернштейном
(1947), в результате появился термин «рефлекторное кольцо». П. К. Анохин
(1949) назвал обратные связи рефлексов «обратной афферентацией». Источником ее являются рецепторы, локализованные в органе-эффекторе (1) и в органах чувств, принимающих участие в оценке результата рефлекторного акта (2).
Так, при исполнении какой-либо мелодии на музыкальном инструменте такими рецепторами могут быть проприорецепторы мышц и сухожилий руки (1), а
также рецепторы органа слуха (2). Сигналы обратной афферентации используются для сравнения результата рефлекторного акта с его программой.
В естественных условиях жизнедеятельности рефлексы обычно объединены в системы. Причем системообразующим фактором является общий результат, к которому приводит осуществление этой совокупности
рефлексов. Так, поддержание оптимальной концентрации кислорода в
плазме крови обеспечивается сердечным, дыхательным, двигательным и
другими рефлексами, формирующими функциональную рефлекторную
систему. Учение о функциональных системах регуляции функций было
развито П. К. Анохиным (1949).
3. Классификации рефлексов
1) По происхождению: безусловные (врожденные) и условные (приобретенные).
2) По уровню замыкания рефлекторной дуги: центральные (кортикальные,
диэнцефальные, мезэнцефальные, бульбарные, спинальные) и периферические.
3) По биологической роли: пищевые, оборонительные, половые,
ориентировочные, позы, положения тела в пространстве и др.
4) По виду деятельности: соматические (скелетномышечные) и вегетативные (висцеральные).
5) По виду рецептора: экстероцептивные (зрительные, слуховые, обонятельные, тактильные и др.) и интероцептивные (проприо-, хемо-, баро- и др.).
6) По виду эффектора: желудочные, сердечные, сосудистые, скелетномышечные и др.
7) По типу взаимоотношений рефлексов: содружественные и антагонистические.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Координационные взаимоотношения рефлексов
Эти взаимоотношения могут быть, по Э. А. Асратяну, содружественными
и антагонистическими. Содружественные рефлексы обычно входят в единую
функциональную систему, т. к. имеют общий результат, а поэтому максимально
суммируются или представляют собой цепь рефлексов. Так, передвижение тела
в пространстве может стать возможным при сочетании мышечных рефлексов с
вегетативными: сердечно-сосудистыми, дыхательными и др. Все эти рефлексы
являются содружественными. Выделение слюны, жевание, желудочное сокоотделение и другие пищеварительные рефлексы тоже могут быть отнесены к содружественным, т. к., сочетаясь друг с другом или следуя один за другим, они
приводят к общему результату – поддержанию необходимой концентрации питательных веществ в плазме крови.
Антагонистические взаимоотношения рефлексов состоят в том, что
один рефлекс полностью или частично подавляет другой. Примером могут
быть акты вдоха и глотания, не совместимые друг с другом, или исчезновение
чувства голода под влиянием интенсивной общей двигательной активности.
Координационная деятельность – это согласование деятельности
различных отделов ЦНС с помощью упорядочения распространения возбуждения между ними. Основой координационной деятельности ЦНС является взаимодействие процессов возбуждения и торможения, т. е. координация обеспечивается избирательным возбуждением одних центров и
торможением других. Координация – это объединение рефлекторной деятельности ЦНС в единое целое, что обеспечивает эффективную реализацию функций организма.
Взаимодействие рефлексов осуществляется в соответствии с рядом
принципов:
а) Принцип реципрокности, т. е. сопряженной иннервации, позволяет выключать несовместимые реакции организма за счет поступательного постсинаптического торможения.
б) Принцип общего конечного пути открыт Ч. Шеррингтоном. Согласно этому принципу, ЦНС представляет собой «сходящуюся воронку»,
в которой много входов (афферентных нейронов) и меньше (примерно в
5 раз) выходов (эфферентных нейронов), поэтому несколько афферентных
потоков конвергирует на одних и тех же эфферентных структурах, где,
суммируясь, они либо друг друга усиливают (союзный), либо ослабляют
(антагонистический) общий конечный путь.
в) Принцип обратной связи. Процессы, происходящие в ЦНС, невозможно координировать, если отсутствует обратная связь, т. е. данные о
результатах управления функциями. Механизмы обратной связи обеспечивают поддержание всех констант гомеостаза. Например, сохранение уровня кровяного давления осуществляется за счет изменения импульсной ак-
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тивности барорецепторов сосудистых рефлексогенных зон, которые изменяют активность вагуса и вазомоторных симпатических нервов.
г) Принцип субординации (соподчинения). В ЦНС имеются иерархические взаимоотношения – подчинение нижележащих отделов мозга вышележащим. Высшим центром регуляции является кора больших полушарий; нижележащие центры подчиняются её командам. В процессе эволюции наблюдается
тенденция к увеличению роли высших отделов головного мозга в обеспечении
координационной деятельности нижележащих центров (цефализация).
Повреждения спинного мозга происходят часто, особенно у молодых
мужчин, в результате автомобильных катастроф, спортивных травм, неосторожного обращения с огнестрельным оружием или ранений при участии
в военных действиях.
Обратимое угнетение двигательных и вегетативных рефлексов после
повреждения спинного мозга и исключение его связи с головным мозгом
называется спинальным шоком. В экспериментах на животных спинальный
шок возникает после полной перерезки спинного мозга. Это явление заключается в том, что все центры ниже перерезки временно перестают функционировать (исчезают рефлексы).
О механизмах развития спинального шока и восстановления рефлексов
известно мало. По-видимому, перерезка нисходящих путей отключает множество возбуждающих сигналов, поступающих к спинальным эфферентным
нейронам из вышележащих отделов ЦНС (нарушается один из основных
принципов координации – принцип субординации, или иерархических отношений между нервными центрами). При повторной перерезке спинного мозга
ниже места первой перерезки в период восстановления рефлексов спинальный
шок не возникает, рефлекторная деятельность спинного мозга сохраняется.
Нарушение рефлекторной деятельности после пересечения спинного
мозга у разных животных длится разное время. У лягушек оно исчисляется
десятками секунд, у кролика рефлексы восстанавливаются через 10–
15 мин., у собак отдельные рефлексы (например, мышечного сокращения)
восстанавливаются через несколько часов, другие (такие, как рефлексы,
участвующие в регуляции артериального давления) – через несколько
дней, рефлекс мочеиспускания – через несколько недель. У обезьян первые
признаки восстановления рефлексов после перерезки спинного мозга появляются через несколько суток; у человека – через несколько месяцев.
Следовательно, чем сложнее организация ЦНС у животного, тем
сильнее контроль вышележащих отделов мозга над нижележащими. Принципы субординации нервных центров и обратной связи были отнесены
Ч. Шеррингтоном к основным принципам координационной деятельности.
д) Принцип доминанты сформулирован А. А. Ухтомским. В 1904 г.
на одной из лекций своего учителя Н. Е. Введенского он должен был, раздражая у собаки центры головного мозга, вызвать движение лапы. Однако
вместо двигательной реакции ответом на раздражение моторных центров
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
был акт дефекации. Этот факт побудил А. А. Ухтомского к специальному
экспериментальному анализу. Оказалось, что у кошек может развиться торможение двигательной реакции при раздражении моторных центров во время
глотательного рефлекса. У лягушек можно было видеть угнетение защитной
«кислотной» реакции во время «обнимательного» рефлекса, последний при
опускании лапки в кислоту становился даже более выраженным.
По определению А. А. Ухтомского, доминанта – это временно господствующая рефлекторная система, направляющая работу нервных центров.
Другое,
более
образное
и
краткое
определение
доминанты
А. А. Ухтомским – «рефлекторное внимание». Причиной формирования доминанты может быть действие внешних или внутренних стимулов, представляющих высокую биологическую значимость. Определенные доминанты, например, половая, формируются на фоне гуморальных изменений: повышения
концентрации биологически активных веществ (гормонов и др.).
Свойства доминантного очага: повышенная возбудимость, высокая
способность к суммации возбуждения, способность поддерживать свое
возбуждение за счет стимулов, адресованных другим (не доминирующим)
центрам; тормозящее влияние на другие центры; стойкость процесса возбуждения и его инертность. Патологическая инертность тех или иных доминант лежит в основе развития некоторых проявлений болезни. Однако в
нормальных условиях существования деятельность ЦНС весьма динамична и изменчива, ЦНС обладает способностью к перестройке доминантных
отношений в соответствии с меняющимися потребностями организма.
Причинами прекращения доминантного возбуждения нервных центров
могут быть достижение результата, запредельное торможение, появление новой
доминанты (связанной с более важной деятельностью); торможение «в лоб»,
т. е. волевое воздействие человека на доминирующую систему его рефлексов.
Лекция 11. Моторные функции и их регуляция
Судьбу индивида в борьбе за существование решают его действия.
Н. А. Бернштейн
1. Понятие о моторных функциях
Все функции организма Ф. Биша (1801) разделил на анимальные
(животные), или соматические, и вегетативные (растительные). В свою
очередь, соматические функции делятся на сенсорные и моторные, о взаимосвязи которых образно говорил Н. Бернштейн: «В организме все моторы
осенсорены, а все сенсоры – омоторены».
От моторных функций и двигательного режима в значительной степени зависит уровень здоровья в целом. Еще в древности Гиппократ не случай86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
но называл двигательную активность «пищей для жизни». В XX в. исследованиями И. А. Аршавского установлено, что деятельность различных органов
и систем организма находится в прямой зависимости от двигательной активности, повышающей функциональные возможности и резервы организма.
Это явление получило название энергетического правила скелетных мышц.
Гипокинезия ведет к атрофии, слабости мышц, что, в свою очередь,
ведет к еще большему ограничению двигательной активности, т. е. формируется порочный круг. Специальные исследования, проведенные на здоровых добровольцах, показали, что за 4–6 недель постельного режима человек
теряет до 1,7 кг мышечной массы, к концу первого месяца появляются признаки атеросклероза, а к концу второго – средняя ЧСС возрастает на
25 уд./мин. Таким образом, физическая нагрузка необходима каждому человеку как ведущий фактор развития организма и сохранения здоровья, но она
должна быть индивидуальной и оптимальной, т. к. гиперкинезия не менее
опасна для организма (перенапряжение и истощение симпато-адреналовой
системы, снижение иммунитета, нарушения ритма сердца, патологические
изменения в опорно-двигательном аппарате), чем гипокинезия.
Моторные функции обеспечивают поддержание позы и равновесия,
а также перемещения нашего тела в пространстве и движения различных
частей тела относительно друг друга. В целом это создает условия для добычи пищи, защиты от опасности, продолжения рода, для трудовой, спортивной, творческой деятельности и общения людей друг с другом.
Моторные функции обеспечиваются двумя видами сокращений мышц:
фазическими (относительно кратковременными и интенсивными) и тоническими (длительными сокращениями небольшой интенсивности); первые
обеспечивают движения, вторые – поддержание тонуса мышц, необходимого
для сохранения позы и равновесия. Как правило, активация движений сопровождается снижением тонуса мышц и наоборот, поэтому между центрами регуляции этих двух основных разновидностей моторных функций – тонуса и
движений – существуют реципрокные взаимоотношения. Примером могут
служить крайние их варианты, наблюдающиеся в условиях патологии. Так,
ревматическое поражение головного мозга может проявляться в виде гиперкинезов и гипотонуса, паркинсонизм – в виде гипокинезов и гипертонуса.
Тем не менее, любое движение требует создания для него удобной позы и
адекватного положения тела в пространстве. Поэтому сочетание фазных сокращений одних мышц и тонических – других обеспечивает гармонию движения.
В каждом движении участвуют 3 группы мышц: 1) основные;
2) вспомогательные, обеспечивающие синкинезии – сопутствующие движения, например, движения рук при ходьбе; 3) позные – мышцы шеи, спины и
др., поддерживающие удобное для движения взаимное положение частей тела.
Механизмы регуляции движений и тонуса являются рефлекторными. Классическое доказательство этого положения – опыт Бронжеста:
при перерезке у лягушки задних корешков спинного мозга, т. е. афферент87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных нервных стволов, связанных с задней лапкой, естественное взаимоположение бедра и голени нарушается. Следовательно, тоническое сокращение мышц конечности, создающее определенную позу, возможно лишь
при сохранении целостности рефлекторной дуги.
Регуляция движений – это выключение лишних, ненужных компонентов – «избыточных степеней свободы» (Н. А. Бернштейн) за счет процессов координации. Одним из механизмов ее является реципрокная иннервация
мышц-антагонистов, заключающаяся в сопряженном торможении центров
одной из двух мышц-антагонистов при возбуждении центров другой мышцы.
Так, при сгибании конечности возбуждение моторного центра мышцысгибателя сопровождается торможением центра мышцы-разгибателя.
В регуляции движений важную роль играют обратные связи, или
«сензорные коррекции», по Н. А. Бернштейну (1935). Их источником являются плохо осознаваемые сигналы проприорецепторов («темное мышечное
чувство», по И. М. Сеченову). Направление движений оценивается с помощью зрительного анализатора. Его роль возрастает при патологическом ограничении сигналов от проприорецепторов, что может быть продемонстрировано на больных со спинной сухоткой. У этих больных развиваются
структурные изменения задних рогов спинного мозга, куда обычно поступают проприоцептивные сигналы. Поэтому попытка двигаться с закрытыми
глазами им не удается: в этом случае отключены не один, а два важнейших
источника обратной связи, необходимой для регуляции движений.
Роль обратных связей в регуляции движений используется в медицинской практике (Н. М. Яковлев, 1981). Так, восстановление движений у
детей при церебральном параличе ускоряется, если больной слышит звучащую игрушку или видит аплодирующую ему куклу. Оба сигнала (звуковой и оптический) появляются лишь в том случае, если ребенок с достаточным усилием сдавливает подошвой ноги при ходьбе резиновую игрушку, а мышечные биопотенциалы достаточны для автоматического включения механизма, приводящего в движение куклу.
2. Этапы регуляции движений
2.1. Формирование побуждения, или замысла движения происходит в высших отделах ЦНС (мотивационные и ассоциативные зоны коры)
и определяет целенаправленность двигательного акта, его стратегию.
Субъективно это воспринимается как двигательная мотивация – стремление к удовлетворению какой-либо доминирующей потребности: пищевой,
оборонительной, половой, трудовой, творческой и др.
2.2. Выбор программы, или тактики движения есть выбор зафиксированной последовательности сокращений и расслаблений определенных
мышечных групп. Структурами программного обеспечения в ЦНС являются
базальные ганглии (врожденные, генетически детерминированные про88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
граммы) и мозжечок (приобретенные программы). Первые – программы
ползания, ходьбы, бега – реализуются у человека не сразу после рождения, а
по мере созревания мозговых структур. Вторые – приобретенные программы речи, письма, трудовых и спортивных движений – формируются из готовых врожденных «блоков» на основе обучения (условных рефлексов), или
опыта. По мере овладения навыками уменьшается число участвующих
мышц, повышается доля пассивных механизмов, например, силы тяжести,
повышается экономичность движений, ограничивается утомление.
2.3. Исполнение программы движения связанно с активацией соответствующих двигательных единиц. Исполнительными структурами ЦНС,
обеспечивающими выполнение движения, являются моторные зоны коры,
ствол мозга и спинной мозг. Движения могут быть произвольными и непроизвольными, осознанными и автоматизированными. Две эти классификации не тождественны. Так, произвольные движения могут включать
осознанные компоненты, обычно контролируемые сознанием, и автоматизированные, в основном обеспечиваемые без постоянного контроля сознания. К последним относятся движения, совершаемые по врожденным программам, а также хорошо «усвоенные» приобретенные формы движений.
3. Спинальная организация моторных функций
Моторные отделы нервной системы координируют работу мышц путем управления активностью соответствующих мотонейронов спинного
мозга. И хотя регуляция движений отчасти произвольна, она осуществляется прежде всего посредством рефлекторных актов и механизмов, не связанных с сознанием. Важную роль играют спинномозговые рефлексы.
Практически в каждой мышце находятся рецепторы растяжения, называемые из-за своей формы мышечными веретенами, расположенными в
соединительнотканной капсуле. Она окружает группу мышечных волокон,
тонких и коротких. Те, что заключены в капсулу, называются интрафузальными, все прочие, составляющие основную массу мышцы и обеспечивающие ее работу, – экстрафузальными. Кроме того, в сухожилиях всех
мышц, вблизи от сухожильно-мышечного соединения находятся особые
рецепторы – сухожильные органы Гольджи.
Мышечные веретена есть практически во всех поперечнополосатых
мышцах. Количество мышечных веретен в каждой мышце зависит от ее
размера и функции. У человека их от 40 (в мелких мышцах кисти) до
500 (в трехглавой мышце плеча), а во всей мускулатуре около 20 тысяч.
Число сухожильных органов Гольджи примерно в 2 раза меньше.
По типу адекватного раздражителя мышечные веретена и сухожильные органы относятся к рецепторам растяжения. Однако их расположение различно; первые лежат параллельно экстрафузальным волокнам, а
вторые соединены с ними последовательно. В результате неодинаков и ха89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рактер их активации. Во время расслабления (растяжения) мышцы активность мышечных проприорецепторов возрастает, при сокращении же мышечных волокон напряжение мышечных веретен снижается и импульсация
от них прекращается. Однако сухожилия при этом растянуты и частота
разрядов сухожильных рецепторов увеличивается.
Следовательно, мышечные веретена регистрируют главным образом увеличение длины мышцы, а сухожильные органы – увеличение ее напряжения.
Спинальный тонус обеспечивается миотатическим рефлексом, или рефлексом на растяжение, который приводит к сокращению мышцы. Миотатический рефлекс – самый простой пример моносинаптической рефлекторной дуги.
Одна из причин возбуждения мышечных веретен – это, как уже говорилось, растяжение мышцы; поскольку в условиях растяжения экстрафузальных волокон натягивается соединительнотканная капсула (или ядерная сумка) рецепторов растяжения – мышечных веретен – происходит их активация.
Наиболее известный моносинаптический рефлекс растяжения – коленный, возникающий в ответ на кратковременное растяжение четырехглавой
мышцы легким ударом по ее сухожилию ниже коленной чашечки. Клинически
важные примеры таких рефлекторных тестов включают локтевой, аххилов и
другие рефлексы. Последовательная проверка рефлексов растяжения представляет интерес в связи с тем, что их дуги проходят через разные сегменты
спинного мозга, а значит, нарушения определенных рефлексов могут показать,
на каком уровне спинного мозга локализован патологический процесс.
Значение миотатических рефлексов далеко не ограничивается их использованием в диагностике. Их следует рассматривать в первую очередь
как механизм регуляции длины мышц. Растяжение мышцы вызывает активацию мышечных веретен, моносинаптическое возбуждение мотонейронов
и сокращение, т. е. укорочение мышцы, противодействующее ее растяжению. Рефлекторное поддержание мышечной длины особенно важно для сохранения тонуса позных мышц. Например, когда человек стоит, каждое сгибание в коленном суставе, даже такое слабое, что его невозможно ни увидеть, ни почувствовать, сопровождается растяжением четырехглавой мышцы бедра и соответствующим усилением активности мышечных веретен. В
результате происходит активация α-мотонейронов четырехглавой мышцы
(«коленный рефлекс») и повышение ее тонуса, противодействующее сгибанию. И наоборот, слишком сильное сокращение мышцы ослабляет стимуляцию ее рецепторов растяжения. Частота их импульсации, возбуждающей
мотонейроны, уменьшается, и мышечный тонус ослабевает. Такова регулирующая цепь, поддерживающая постоянство мышечной длины.
Миотатический рефлекс может быть автоматически усилен или заторможен; последнее развивается с участием сухожильных проприорецепторов. Они возбуждаются при растяжении сухожилий, обусловленном интенсивным сокращением мышц, связанных с этими сухожилиями. Афферентный нейрон, связанный с рецепторами сухожилий, передает свое воз90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
буждение на тормозной вставочный нейрон, который, в свою очередь,
тормозит альфа-мотонейрон соответствующей мышцы.
Рефлексы, осуществляемые благодаря возбуждению сухожильных рецепторов, представляют собой зеркальное отражение тех, что соответствуют мышечным проприорецепторам, и поддерживают постоянство напряжения мышцы.
Следовательно, у каждой мышцы две регуляторные системы обратной
связи: регуляции длины с мышечными веретенами в качестве рецепторов и
регуляции напряжения, в которой рецепторами служат сухожильные органы.
Усиление миотатического рефлекса может быть обеспечено за счет
механизма, получившего название γ-петли. Под влиянием надсегментарных центров, например, локализованных в ретикулярной формации ствола
мозга, происходит возбуждение γ-мотонейронов, находящихся в боковых
рогах спинного мозга. Аксоны этих нейронов выходят через передние корешки спинного мозга и заканчиваются на интрафузальных мышечных волокнах. Сила, развиваемая при сокращении даже всех этих волокон, слишком мала, чтобы изменить длину или напряжение мышцы в целом. Однако
при этом растягивается ядерная капсула и возбуждаются мышечные проприорецепторы, как и при растяжении всей мышцы. В свою очередь, это
приводит к усилению миотатического рефлекса.
Таким образом, мышечные веретена могут вызывать сокращение
экстрафузальных волокон в двух случаях: 1) при растяжении мышцы; 2) по
механизму γ-петли, т. е. при активации аксонов γ-мотонейронов, приводящей к сокращению интрафузальных волокон.
Спинальный тонус развивается, в основном, в мышцах-сгибателях, поэтому он не может обеспечить стояние и вертикальное положение головы.
Этот вид тонуса в онтогенезе человека появляется раньше других тонических
рефлексов, что соответствует теории системогенеза (П. К. Анохин, 1945). Согласно этой теории, в процессе индивидуального развития скорее формируются те структуры, которые обеспечивают необходимую для данного периода жизни активность. У плода адекватная поза компоновки обеспечивается
максимальным сгибанием в суставах позвоночника и конечностей. У новорожденного и ребенка первых 3 месяцев жизни можно наблюдать примитивные сгибательные рефлексы: 1) рефлекс Моро – симметричные обхватывающие движения ручек при действии различных стимулов; 2) хватательный
рефлекс, обеспечивающий крепкую фиксацию предмета пальцами кисти.
4. Стволовые центры регуляции моторных функций.
Децеребрационная ригидность
Надсегментарные центры продолговатого и среднего мозга:
а) усиливают тоническое сокращение разгибательных мышц; б) поддерживают
тонус сгибателей проксимальных суставов конечностей; в) обеспечивают статические и стато-кинетические рефлексы.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Надсегментарным ценртом разгибательных тонических рефлексов
является вестибулярное ядро Дейтерса продолговатого мозга. Надсегментарным центром, «уравновешивающим» тоническую активность ядра Дейтерса, является красное ядро среднего мозга. Доказано, что красное ядро
связано преимущественно с мотонейронами сгибателей.
В онтогенезе разгибательный тонус появляется позже спинального
сгибательного, что, очевидно, обусловлено более поздним созреванием определенных структур продолговатого мозга. Только на втором месяце
жизни у детей появляется рефлекс Ландау: ребенок, лежа на животе, приподнимает голову, опираясь на предплечья, а позже – и на кисти.
На пятом-шестом месяцах, лежа на животе, ребенок разгибает ноги и приподнимает таз, что создает готовность к ползанию. Так постепенно флексорная поза сменяется экстензорной, при этом увеличивается пространство, видимое глазом, обогащается жизненный опыт ребенка.
При перерезке, отделяющей ядро Дейтерса от других центров ствола,
расположенных кпереди, у животных развиваются своеобразные изменения тонуса и позы, получившие название децеребрационной ригидности.
Животное находится в неестественной напряженной позе «преувеличенного вычурного стояния»: при этом у кошки вытягиваются передние и задние
конечности, поднимается хвост, разгибается шея и голова «запрокидывается» назад, т. е. возникает «универсальный разгибательный рефлекс», обусловленный развитием контрактильного тонуса: согнуть конечности животного в каком-либо суставе почти не удается.
Основной причиной возникновения децеребрационной ригидности
служит выраженное активирующее влияние ядра Дейтерса на мотонейроны разгибателей. Это влияние максимально в отсутствии тонических влияний красного ядра на мотонейроны сгибателей.
Операция децеребрации приводит к развитию ригидности лишь в том
случае, если красное ядро и ядро Дейтерса разделены между собой. При перерезке мозга ниже вестибулярного ядра децеребрационая ригидность исчезает.
Операция, приводящая к развитию децеребрационной ригидности,
позволяет убедиться в том, что разгибательный тонус, обеспечивающий
вертикальное положение головы и туловища, создается активностью центров продолговатого мозга.
5. Тонические рефлексы ствола мозга
Оба центра – красное ядро и вестибулярное ядро Дейтерса – наряду с
другими структурами мозга, участвуют в осуществлении статических и
стато-кинетических тонических рефлексов (см. классификацию), впервые
изученных и описанных голландским ученым Р. Магнусом (1924).
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тонические рефлексы ствола
Статические
Позы
Положения
Стато-кинетические
Прямолинейного
движения
Соматические
тонические
Вегетативные
Тонические
Вращательного
движения
Соматические
Фазные
Статические рефлексы делятся на 2 группы: рефлексы позы и положения. Позные, или познотонические рефлексы развиваются при наклонах или поворотах головы, т. е. при изменениях положения головы относительно туловища. При этом рефлекторно меняется тонус мышцсгибателей и разгибателей конечностей, что в целом обеспечивает равновесие и удобную позу. Так, если у децеребрированной кошки нагнуть голову, то можно заметить, что в передних конечностях уменьшается, а в
задних – повышается тонус разгибателей. Такая поза соответствует принятию животным пищи, находящейся на уровне опоры, на которой животное
стоит. При запрокидывании головы, напротив, тонус разгибателей повышается в передних и снижается в задних конечностях, это облегчает создание вертикальной позы животного.
У человека такие рефлексы, ярко проявляясь в первое полугодие
жизни, в последующем затормаживаются центрами головного мозга. В
первые месяцы после рождения можно, например, наблюдать сгибание
верхней и нижней конечностей на стороне, противоположной направлению поворота головы в сторону, и разгибание – на стороне поворота. Если
такие рефлексы сохраняются в возрасте одного года, это может свидетельствовать о замедлении развития моторных центров головного мозга
(А. Пейпер, 1962). У взрослых людей, однако, эти рефлексы также могут
проявляться, например, при спортивных движениях. Так, сгибание головы
может способствовать более эффективному сгибанию верхних конечностей и «группировке» тела перед нырянием в воду.
Нервными центрами познотонических рефлексов являются ядро
Дейтерса и надсегментарные моторные центры трех верхних шейных от93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
делов спинного мозга. Рецепторами «вестибулярных» познотонических
рефлексов являются волосковые клетки вестибулярного аппарата, шейных
рефлексов – проприорецепторы мышц шеи.
Рефлексы положения развиваются при изменениях ориентации тела
и, главным образом, головы в пространстве. Обычным является положение
головы теменем кверху. При отклонениях от этого положения всего туловища или только головы у таких животных, как лягушка, крыса, морская
свинка, кролик, происходит рефлекторное восстановление обычной ориентации. Типичным примером такой реакции является рефлекс переворачивания. Если кролика положить на бок или на спину, то он очень быстро
вернется в обычное положение: первой возвращается в положение теменем
кверху голова («выпрямительный» рефлекс), затем восстанавливается положение передней части туловища и, наконец, задней. Таким образом, у
кролика этот рефлекс представляет собой цепь из трех звеньев, где «конец» одного звена влечет за собой следующее звено.
Дуга выпрямительного рефлекса включает вестибулярные рецепторы, проприорецепторы мышц шеи, органы зрения, а также центры: красное
ядро среднего и вестибулярное ядро продолговатого мозга. В осуществлении второго и третьего звеньев рефлекса могут участвовать проприорецепторы мышц шеи (второе звено) и туловища (третье звено). Если животное
было первоначально уложено не на спину, а на бок, то, кроме вышеуказанных рецепторов, в рефлексе переворачивания участвуют и тактильные рецепторы кожи, испытывающие «несимметричное» давление опоры.
Как и познотонические, рефлексы положения у человека обычно затормаживаются, поэтому человек может длительное время сохранять различные положения тела: лежа на спине, на боку и др.
Стато-кинетические рефлексы развиваются при ускорении прямолинейных и вращательных движений, т. е. в начале, в конце этих движений
и при изменении их скорости, что обычно бывает при подъемах и спусках
на лифте, полетах в самолете, переездах на наземном и водном транспорте.
Эти рефлексы характеризуются фазным и тоническим моторными, а
также вегетативным компонентами. Так, при вращательных движениях в
сторону, противоположную направлению вращения, может медленно отклоняться все туловище. При остановке, напротив, туловище отклоняется в сторону вращения. Фазный компонент – «качательные» движения – получил название «нистагма» (головы и глаз). Во время движения он состоит в медленном отклонении в сторону, противоположную движению, с последующим
быстрым поворотом в сторону движения; после остановки направление нистагма меняется. Вегетативные рефлексы могут выражаться в признаках возбуждения центров симпатических (тахикардии, повышенном потоотделении
и др.) или парасимпатических (побледнении кожи, тошноте, рвоте и др.) В
результате вестибулярной тренировки эти рефлексы могут не проявляться.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рецепторами, участвующими в реализации рефлексов вращательного
движения, кроме зрительных, являются волосковые клетки, локализованные в полукружных каналах вестибулярного аппарата. При вращении эндолимфа по инерции «отстает» от движения костных стенок канала, в результате усиливается ее давление на тот конец канала, который противоположен направлению вращения. При прекращении же вращения эндолимфа, напротив, продолжает двигаться и ее давление возрастает в области
другого конца канала (см. в учебнике раздел «Вестибулярная рецепция»).
Рефлексы прямолинейного движения можно проанализировать на
примере «лифтного» рефлекса кролика: в начале движения в вертикальном
направлении происходит повышение тонуса сгибателей конечностей: животное как бы приседает. В конце подъема и начале спуска, напротив, повышается тонус разгибателей конечностей.
Кроме зрительных рецепторов в этом рефлексе участвуют рецепторы
вертикальных полукружных каналов и волосковые клетки преддверия вестибулярного аппарата: при подъеме тела отолиты сильнее обычного давят
на эти клетки, в конце подъема их давление снижается.
Центральное звено стато-кинетических рефлексов включает, кроме вестибулярного ядра Дейтерса продолговатого мозга, красное ядро среднего мозга.
Биологическая роль стато-кинетических рефлексов, очевидно, является ориентировочной: рефлексы способствуют зрительной ориентации в
пространстве во время движения.
6. Экстрапирамидная (непирамидная) и пирамидная системы
регуляции тонуса мышц и движений
Экстрапирамидная система включает базальные (подкорковые) ядра, черную субстанцию, красное ядро среднего мозга, мозжечок, некоторые корковые и другие структуры мозга, обеспечивающие автоматизированные движения: мимику, бег, ходьбу, плавание и др.
Функционально базальные ядра являются надстройкой над красными
ядрами среднего мозга и обеспечивают пластический тонус, т. е. способность удерживать длительное время определенную позу. Примерами могут
быть поза кошки, которая стережет мышь, или длительное удержание позы
балериной, выполняющей какое-либо па. При удалении коры головного
мозга может наблюдаться «восковидная ригидность», которая является
выражением пластического тонуса без регулирующего влияния коры. У
больных шизофренией это может проявляться в виде каталепсии и выражается в длительном сохранении естественной или неестественной позы.
Важнейшим компонентом непирамидной системы является стриопаллидарная подсистема, включающая бледный шар (паллидум, или палеостриатум), а также хвостатое ядро и скорлупу (стриатум, или неостриатум). Бледный шар, как филогенетически более древнее образование, ис95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пытывает тормозные влияния «неостриатума». Д. Формен и Дж. Уорд
(1957) при раздражении хвостатого ядра через вживленные электроды у
кошки, движущейся к кормушке, наблюдали прекращение движений.
У птиц неостриатум отсутствует, и это дает возможность длительного осуществления стереотипных двигательных актов, совершаемых при
полете. У млекопитающих появилась надстройка в виде «неостриатума»,
периодически тормозящего движения. Это обеспечило возможность отдыха и пассивной защиты от хищников.
Неостриатум, в свою очередь, является объектом тормозящих влияний
черной субстанции (см. схему), нейроны которой выделяют медиатор дофамин. Ослабление этих влияний лежит в основе механизма развития у людей
паркинсонизма, одним из проявлений которого является симптомокомплекс:
гипокинез, гипертонус, тремор. Введение лекарственного препарата L-doрhа,
эффект которого сходен с действием медиатора дофамина, оказалось эффективным средством патогенетического лечения паркинсонизма.
хвостатое
ядро
–
черная
субстанция
–
бледный
шар
+
мотонейроны
Мозжечок, как и стрио-паллидум, является хранилищем центральных моторных программ. В ответ на корковую команду он выбирает тип
программы и посылает последнюю как в кору больших полушарий, так и к
нижележащим центрам регуляции моторных функций. На основе сигналов
обратной связи мозжечок корректирует выполнение двигательных программ, обеспечивая баланс между тоническими и фазическими компонентами мышечных сокращений, а также своевременность окончания одного
и начала следующего звеньев двигательного акта.
Пирамидная система регуляции моторных функций начинается в
основном в передней центральной извилине новой коры больших полушарий, где хранятся высшие программы движений. Доказательством этого
послужили опыты немецких ученых Т. Фрича и Э. Гитцига (1870). Во вре96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мя прусско-датской войны Т. Фрич, будучи военным хирургом, заметил,
что при перевязке ран определенных участков черепа у раненого развиваются подергивания мышц конечностей. О своем наблюдении он сообщил
физиологу Э. Гитцигу, результатом чего явилась серия опытов, поставленных на туалетном столике фрау Гитциг. Это привело к одному из крупнейших открытий нейробиологии.
Аксоны пирамидных нейронов коры, не прерываясь, в составе кортико-бульбарного и кортико-спинального трактов заканчиваются на мотонейронах сегментарного аппарата речи и сгибания в суставах дистальных
отделов конечностей. Этот олигосинаптический путь обеспечивает быстрое осуществление речевых, а также тонких, в том числе производственных движений кисти и пальцев. В свою очередь, пирамидная система регуляции включается под влиянием интегративно-пусковых (лобных) зон коры, в которых формируется замысел, или цель движения. Именно в лобных
зонах коры человека при электроэнцефалографии регистрируются еще до
начала движения «потенциалы ожидания» и готовности.
Кора больших полушарий является субстратом, необходимым для обучения новым видам движений, например, производственных, спортивных. В основе
овладения двигательными навыками лежат оперантные условные рефлексы.
Лекция 12. Вегетативная нервная система
Человек, хоть будь он трижды гением,
Остается мыслящим растением:
С ним в родстве деревья и трава –
Не стыдитесь этого родства.
С. Маршак
1. Общая характеристика вегетативной нервной системы,
её отличия от соматической
Тело животного можно условно разделить на две части: висцеральную и
соматическую. Висцеральная часть представлена внутренними органами, она
создает внутреннюю среду организма. Соматическая часть организма – мышцы, покровы тела и нервная система – обеспечивают связь с внешней средой и
движения. Такую точку зрения впервые выразил французский анатом и физиолог Ф. Биша (1801), предложивший далее аналогичное деление функций
организма на вегетативные (висцеральные) и анимальные (соматические). В
книге Б. де Саварена «Физиологические исследования о жизни и смерти»
(1806), которой в свое время увлекались многие, в том числе А. С. Пушкин и
О. де Бальзак, отмечена большая устойчивость вегетативных функций к нарушениям условий существования. Так, некоторые функции этого рода, например, рост волос, могут некоторое время сохраняться и после смерти.
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аналогично делению функций организма Ф. Биша представил и
нервную систему состоящей из вегетативного и соматического отделов.
«Вегетативная» нервная система была названа также висцеральной
(Дж. Гакселл) и автономной (Дж. Ленгли); ни один из этих терминов не
является удачным, т. к. данный отдел нервной системы связан не только с
вегетативными, но и с соматическими функциями (например, сенсорными)
и не может быть абсолютно автономным.
Тем не менее, вегетативная нервная система имеет ряд особенностей,
отличающих её от соматической нервной системы:
а) филогенетических – вегетативная нервная система является
более «древней»;
б) анатомических:
– симпатические и парасимпатические нервы выходят из ЦНС «гнездами»;
– эфферентное волокно прерывается, образуя синапсы на нейронах
вегетативных ганглиев;
в) функциональных:
– вегетативные нейроны отличаются меньшей лабильностью и
проводимостью;
– вегетативные функции практически не подчиняются произвольному влиянию;
– вегетативные нервные центры обеспечивают более диффузные
реакции, чем соматические центры;
– вегетативные ганглионарные нейроны образуют несинаптические
контакты за счет многочисленных варикозных расширений на аксонах –
локальных утолщений с пузырьками медиатора.
Первоначально вегетативная нервная система называлась симпатической, или «сочувственной», это название ей дал анатом Я. Винслоу
(1732), впервые выделивший вегетативные нервы, как бы связывающие
друг с другом внутренние органы и тем самым способствующие «симпатиям» органов. В 1926 г. английский фармаколог Дж. Ленгли по особенностям медиации в ганглиях выделил из «симпатической» нервной системы
парасимпатическую, а позднее еще и энтеральную. Последняя в настоящее
время называется метасимпатической.
Вегетативная нервная система, как и соматическая, имеет центральную
и периферическую части. Центральная часть представлена как сегментарными, так и надсегментарными центрами. Аксоны нейронов сегментарных
центров, выходя из спинного, продолговатого и среднего мозга, на периферии формируют вегетативные нервы. Надсегментарные центры с периферией
непосредственно не связаны, аксоны их нейронов заканчиваются на нейронах
других нервных центров, в том числе сегментарных вегетативных.
Особенностью периферического звена вегетативной нервной системы является наличие ганглиев, представляющих собой скопление нейро98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нов. Вегетативные нервы состоят, таким образом, из пре- и постганглионарных волокон. Преганглионарные волокна, являющиеся аксонами нейронов сегментарных центров, заканчиваются на нейронах ганглиев.
Постганглионарные волокна – аксоны ганглионарных нейронов – заканчиваются на эффекторных клетках внутренних органов. Таким образом,
вегетативные нервы формируют два синапса: интраганглионарный (межнейронный) и постганглионарный (нервно-эффекторный).
Межнейронные синапсы ганглиев являются Н-холинергическими,
никотинчувствительными, т. к. они активируются никотином. Есть в них и
М-холинорецептивные структуры (активирующиеся мускарином), но они,
скорее всего, являются модуляторными. Для ганглионарных синапсов характерны: более длительная, чем в центральных, задержка проведения,
большая длительность ВПСП и продолжительный период следовой гиперполяризации. Эти особенности определяют низкую частоту импульсов, поступающих к постганглионарным нервным волокнам.
2. Три отдела вегетативной нервной системы
2.1. Симпатический и парасимпатический отделы различаются между
собой фило- и онтогенетически (первый развивается раньше), а также анатомически; имеются и различия между ними в медиаторных процессах и функциях.
Анатомические различия состоят в том, что, во-первых, симпатические сегментарные центры находятся в торако-люмбальном отделе
спинного мозга, парасимпатические – в сакральном отделе спинного мозга,
а также в продолговатом и среднем мозге. В надсегментарных центрах
строгое пространственное разделение симпатических и парасимпатических
нейронов отсутствует. Ганглии симпатических нервов являются экстраорганными: они располагаются или около позвоночника (паравертебральные
ганглии), или на некотором удалении от него (превертебральные ганглии).
Парасимпатические ганглии находятся или вне органов, но близко от них
(экстрамуральные ганглии), или, чаще, внутри органов – интрамуральные
ганглии. Соответственно этому у симпатических нервов преганглионарная
часть короче посганглионарной, а у парасимпатических – наоборот.
Симпатическая нервная система имеет большую зону иннервации,
включающую органы чувств. Парасимпатическая иннервация отсутствует
у потовых желез, органов чувств, большей части кровеносных сосудов и
некоторых других структур.
Нейроны симпатические имеют меньшую возбудимость, лабильность, а аксоны нейронов – меньшую проводимость.
Медиатором синапсов парасимпатических нервов является ацетилхолин.
В большинстве постганглионарных окончаний симпатических нервов (90 %)
выделяется (у человека) норадреналин; в 7 % – адреналин; в 3 % – дофамин.
Однако в некоторых постганглионарных симпатических окончаниях: в матке,
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
потовых железах, в кровеносных сосудах скелетных мышц и кожи – медиатором является ацетилхолин. Существуют и серотонинергические симпатические
окончания, они стимулируют сокращения кишечника. В некоторых вазомоторных нервах кожи выделяется гистамин, что приводит к расширению сосудов.
Медиаторы находятся в пресинаптической мембране в двух состояниях. Стабильное, или резервное состояние обеспечивается связью медиатора с белком; мобилизационное состояние соответствует выделению медиатора в синаптическую щель. Естественно, второй пул медиатора постоянно пополняется за счет первого.
Регуляция активности парасимпатических периферических
синапсов. Нейро-эффекторные парасимпатические синапсы являются
М-холинорецептивными, однако их пресинаптическая мембрана содержит Ми Н-холинорецепторы, которые осуществляют обратный захват медиатора и
либо тормозят (М-рецепторы), либо усиливают (Н-рецепторы) дальнейшее
выделение ацетилхолина (см. рис. 1 в лекции 8). Тормозное влияние на выделение ацетилхолина оказывает также поступление в синаптическую щель норадреналина из ближайшего симпатического синапса и молекул АТФ, которые
выделяются из постсинаптической мембраны под влиянием ацетилхолина.
Выделившийся в синаптическую щель ацетилхолин удаляется из нее
несколькими путями: а) связывается с холинорецепторами пре- и постсинаптических мембран; б) разрушается ацетилхолинэстеразой с образованием продуктов, вновь используемых для синтеза новых порций медиатора;
в) диффундирует в межклеточное пространство и в кровь.
Поступающий к постсинаптической мембране ацетилхолин взаимодействует с М-холинорецепторами, образуя комплекс «медиатор-рецептор».
Этот комплекс на мембранах гладкомышечных и секреторных клеток желудочно-кишечного тракта, мочевого пузыря, мочеточников, бронхов, коронарных и легочных сосудов приводит к активации Na+-каналов и вторичных
посредников: инозитол-трифосфата и Са2+ . Это, в свою очередь, вызывает
формирование ВПСП и сокращение гладких мышц или активацию секреции. На мембранах клеток проводящей системы сердца и сосудов половых
органов ацетилхолин активирует калиевые каналы и систему вторичных посредников «гуанилатциклаза – циклический гуанозинмонофосфат», что
приводит к развитию ТПСП и связанных с ним эффектов.
Регуляция активности симпатических периферических синапсов. Норадреналин, который является основным медиатором постганглионарных синапсов симпатической нервной системы, взаимодействует с одним из рецепторов:
α или β, которые, в свою очередь, делятся на α1- и α2-, β1- и β2-рецепторы. Количество α- и β-рецепторов на постсинаптических мембранах различных тканей неодинаково. В клетках гладких мышц артериальных сосудов внутренних органов
преобладают α, а в коронарных сосудах, сосудах скелетных мышц – β2-рецепторы.
Стимуляция α-адренорецепторов приводит к активации натриевых каналов и вторичных посредников (инозитол-трифосфата и Са2+), что вызывает формирование
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВПСП и сужение сосудов. Стимуляция β-рецепторов вызывает активацию другой
группы вторичных посредников «аденилатциклаза – циклический АМФ».
На пресинаптической мембране этих синапсов представлены α2- и βадренорецепторы, которые связывают норадреналин и стимулируют (β),
либо угнетают (α2-адренорецепторы) дальнейшее его выделение (см. рис. 1
в лекции 8). Кроме того, образование норадреналина блокируется выделением из клеток-эффекторов ПГЕ и поступлением в синаптическую щель
ацетилхолина из рядом расположенного холинергического синапса.
Таким образом, в вегетативных синапсах четко выявляются как положительные, так и отрицательные обратные связи, что делает их достаточно совершенно регулируемыми образованиями.
Функциональные различия двух отделов вегетативной нервной
системы определяются появлением симпатической нервной системы в фило- и онтогенезе раньше парасимпатической. Вместе с железами внутренней секреции симпатические и парасимпатические нервные центры формируют нейро-гуморальные системы регуляции. Так, симпато-адреналовая
система, куда входит и мозговая зона надпочечников, реализует эрготропные реакции организма, а ваго-инсулярная, включающая бета-клетки островков поджелудочной железы, – трофотропные реакции (см. ниже).
Влияние на органы симпатических центров является обобщенным,
диффузным, т. к. ганглии расположены внеорганно, а аксон одного ганглионарного нейрона может образовывать несколько коллатералей, иннервирующих несколько органов. Парасимпатические влияния более локальны из-за
интраорганного расположения большинства парасимпатических ганглиев.
Возбуждение симпатических центров обычно происходит при эрготропных реакциях организма, а парасимпатические центры возбуждаются
при трофотропных реакциях. Такое деление реакций было сделано
В. Гессом (1954). Вегетативный компонент этих реакций, отраженных в
таблице 1, и является результатом возбуждения симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы.
2.2. Метасимпатическая (интраорганная) нервная система
(МНС) представляет собой комплекс нервных образований – нейронов, тела которых формируют ганглии, и выходящих за пределы ганглия отростков нервных клеток. Эти структуры локализуются в стенке сердца, кишечника и других органов. Число нейронов этой системы – 1010 – превышает
таковое в спинном мозгу. МНС не имеет центрального отдела, т. е. относительно автономна; ее функциональный модуль включает водитель ритма,
сенсорные клетки, вставочные, тонические и эффекторные нейроны. Эти
нервные образования обеспечивают автономию органов и местную регуляцию функций гладких и сердечной мышц, секреторного эпителия, аппарата всасывания и мелких кровеносных сосудов. Роль метасимпатической
нервной системы особенно велика в регуляции функций кишечника (выше
прямой кишки), где центральные нервные влияния практически отсутст101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вуют. В синапсах МНС обнаружено около 20 медиаторов и модуляторов,
среди них ацетилхолин, холецистокинин, энкефалины, гистамин, серотонин, соматостатин, АТФ, вещество Р, катехоламины. Симпатические и парасимпатические нервы могут образовывать синапсы на метасимпатических нейронах и влиять на их активность.
Таблица 1
Характеристика эрго- и трофотропных реакций организма
Отличительные
признаки
1. Условия, в которых
развиваются реакции
2. Биологическая роль
реакции
3. Изменения соматических функций
4. Активирующийся
отдел вегетативной
нервной системы
5. Гормоны, секреция
которых повышается
Эрготропные
реакции
Некомфортная для организма внешняя среда; угроза нарушения
гомеостаза
Борьба с опасностью
для жизни или гомеостаза; уход от опасности
Напряженное бодрствование, активация
движений, слуха, зрения
Симпатический
АКТГ, ТТГ, вазопрессин, паратгормон,
глюкокортикоиды, катехоламины
6. Преобладающие ме- Катаболические
таболические реакции
7. Висцеральные сисСердечно-сосудистая,
темы, активность кодыхательная, система
торых повышается
крови
Трофотропные
реакции
Комфортные условия
среды
Принятие среды,
отдых
Расслабленное бодрствование или медленный сон, ограничение
сенсорных функций и
движений
Парасимпатический
СТГ, инсулин и другие
анаболические гормоны
Анаболические
Пищеварительная, выделительная
3. Вегетативные рефлексы
Вегетативные рефлексы могут быть: 1) центральными (условными и
безусловными) и периферическими (внутриорганными и межорганными);
2) дермо-висцеральными, висцеро-дермальными, висцеро-висцеральными.
Дуга центрального вегетативного рефлекса отличается от дуги соматического местоположением сегментарных нейронов в спинном мозгу: ве102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гетативные нейроны, как правило, находятся в боковых рогах спинного
мозга. Кроме того, вегетативные нервы являются двухнейронными – прерываются в ганглиях. Центральные вегетативные рефлексы обеспечивают
регуляцию вегетативных функций; они будут детально рассмотрены при
изучении отдельных висцеральных систем.
Периферические и аксон-рефлексы могут осуществляться без участия мозга, обеспечивая межорганную и внутриорганную (местную) регуляцию функций. Своеобразными «центрами» дуг таких рефлексов являются вегетативные ганглии, в которых клетки Догеля II-го типа являются афферентными и имеют рецепторное окончание своего отростка в органе.
Клетки Догеля I-го типа являются эффекторными: их аксон, выходя из
ганглия, образует синапс с мышечной, железистой и другими клетками
эффектора. В эти дуги могут включаться и вставочные нейроны.
Благодаря периферическим рефлексам обеспечивается взаимодействие органов, например, желудка и кишечника, кровеносных сосудов и селезенки. Внутриорганные периферические рефлексы поддерживают координацию деятельности различных частей органа, например, предсердий и
желудочков сердца (Г. И. Косицкий, И. А. Червова, 1968).
Вариантом периферического рефлекса является аксон-рефлекс, дуга
которого включает: а) рецептор и часть периферического нервного волокна первого сенсорного нейрона; б) коллатераль этого волокна и синапс
между нею и нейроном вегетативного ганглия; в) тело и отросток этого
нейрона; г) эффектор. Такие дуги обеспечивают, например, сосудистые реакции при проведении дермографической пробы.
4. Роль центральной нервной системы
в регуляции вегетативных функций
Сегментарные вегетативные центры могут быть местом замыкания
дуг рефлексов, например, сосудистых тонических в пределах одного метамера.
Однако основная роль в рефлекторной регуляции функций принадлежит надсегментарным вегетативным центрам.
Продолговатый и средний мозг участвуют в системной регуляции кровообращения, дыхания, пищеварения и некоторых других видов деятельности.
Гипоталамус обеспечивает межсистемную регуляцию, способствующую поддержанию таких констант гомеостаза, как гидростатическое и
осмотическое давление крови, температура тела и др. Кроме того, он регулирует выполнение других важнейших программ организма: «Рост, развитие» и «Продолжение рода». Этому способствуют три особенности гипоталамических центров: 1) получение нейро-гуморальным путем разнообразной информации о внутренней среде организма и об изменениях внешней среды; 2) способность влиять на другие отделы мозга и весь организм
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
не только нервным, но и гуморальным путями; 3) обеспечение широкой
интеграции соматических и вегетативных функций.
Первая из этих особенностей реализуется благодаря, во-первых, тесным анатомическим и функциональным связям с таламусом – коллектором
сенсорных путей. Во-вторых, гипоталамус обильно кровоснабжается, его
гемато-энцефалический барьер сравнительно легко проницаем для биологически активных веществ. В-третьих, в нейронах гипоталамуса имеются
разнообразные рецепторы (глюкозо-, термо-, осмо- и др.), оценивающие
свойства крови – внутренней среды организма.
Вторая особенность связана с тем, что многие нейроны гипоталамуса
обладают способностью к нейросекреции, в частности, выделяют либерины и статины, участвующие в регуляции эндокринных функций гипофиза.
Третья особенность проявляется в том, что возбуждение гипоталамических центров: жажды, голода, насыщения, теплопродукции, теплоотдачи и других – влечет за собой появление целостных эрготропных и трофотропных реакций организма, включающих эмоции, мотивации, изменения уровня сознания (сон или пробуждение), целенаправленную деятельность. Эти эффекты реализуются за счет тесных связей гипоталамуса с
центрами коры больших полушарий.
Мозжечок, по Л. А. Орбели, координирует вегетативные реакции,
обеспечивая определенный баланс между симпатическим и парасимпатическим их компонентами.
Базальные ядра (стрио-паллидум) участвуют в подкорковой интеграции соматических и вегетативных функций.
Кора больших полушарий обеспечивает высшую регуляцию вегетативных функций. Эта регуляция не является постоянной, т. к. многие относительно простые регуляторные влияния реализуются на более низких уровнях
– центральном и периферическом. Кора «царствует, но не управляет». Однако возможна произвольная регуляция вегетативных функций через управление деятельностью скелетных мышц, что лежит в основе аутотренинга.
Лимбическая кора формирует вегетативный компонент эмоций, новая кора – условнорефлекторную регуляцию вегетативных функций и произвольный их контроль.
Нарушение высшего звена вегетативной регуляции может приводить
к разбалансированию вегетативных функций и заболеваниям. По мнению
психотерапевта В. Д. Тополянского (1987), около трети больных терапевтических клиник принимает неправильное лечение. Многие заболевания
висцеральной сферы развиваются в результате психической травмы, и их
лечение должно начинаться с психотропных воздействий, адресуемых к
высшим – корковым и подкорковым – центрам вегетативной регуляции.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 13. Функции сенсорных систем (анализаторов)
Знание приходит к человеку
через двери чувств.
Гераклит
1. Общая характеристика сенсорных функций
Сенсорная система – от латинского слова sensus (чувство) – это совокупность структур, получающих информацию об изменениях внешней
или внутренней среды, кодирующих и декодирующих эту информацию.
Информация необходима для ориентации во внешней среде, адаптации
к ее изменениям и самооценки человеком состояния организма. Стимулы,
действующие на органы чувств, поддерживают «тонус» головного мозга, состояние бодрствования. Стоит человеку закрыть глаза, изолировать себя от
звуков, расслабить мышцы – и он почувствует сонливость. Насильственная
сенсорная депривация может приводить к повышению тревожности и снижению работоспособности, памяти и нарушениям процессов мышления.
Более 2000 лет назад Аристотель «насчитал» пять чувств: зрение,
слух, вкус, обоняние и осязание. Сейчас мы добавляем к ним температурную, проприоцептивную, интероцептивную, вестибулярную и болевую
чувствительность. Более сложными являются чувства голода, жажды, насыщения, полового влечения и ощущения, связанные с функциями мочевого пузыря и кишечника. В патологии могут возникать субъективные реакции, связанные с головокружением, болью, слабостью, тошнотой, удушьем, изменениями температуры тела.
Большой вклад в изучение функций сенсорных систем внесли ученые
Германии: Э. Вебер, И. Мюллер, Г. Гельмгольц, Э. Геринг. Ими изучены, в
частности, механизмы кодирования информации и психофизиологические
(сенсорные) явления.
И. М. Сеченов впервые назвал сенсорные системы «анализаторами».
И. П. Павлов, идейный ученик И. М. Сеченова, развивая эти представления, выделил три части анализатора: 1) рецептивную; 2) проводниковую и
3) высшую – корковую. Изучение функций органов чувств во взаимосвязи с
высшими функциями мозга позволило выявить новые закономерности познавательной и мыслительной деятельности мозга – высших форм отражения мира.
2. Функции периферической (рецепторной) части анализаторов
Рецепторы могут быть: а) свободными окончаниями периферического
отростка афферентного нейрона, относительно равномерно распределенными в органе, например, в коже; эти окончания могут быть окружены вспо105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
могательными (дорецепторными) структурами. Рецепторы типа «а» называются первичными; их примером могут быть болевые или проприоцепторы. Рецепторы типа «б» называются вторичными, к ним относятся вкусовые, зрительные и слуховые рецепторы. Это специализированные рецепторы – клетки, образующие синапс с окончаниями периферического отростка
афферентного нейрона. Такое деление рецепторов сделал профессор СанктПетербургской медико-хирургической академии М. Д. Лавдовский.
Ч. Шеррингтону принадлежит выделение экстерорецепторов, имеющих сравнительно высокую чувствительность и представленных контактными и дистантными рецепторами, и интерорецепторов.
По модальности рецепторы можно разделить на четыре группы:
1) механорецепторы; они имеются в мышцах и сухожилиях – проприорецепторы, в коже – тактильные рецепторы, в кровеносных сосудах и внутренних органах – рецепторы растяжения, осморецепторы, барорецепторы,
в органах слуха, в вестибулярном аппарате. Различают также 2) хеморецепторы (органов вкуса и обоняния, кровеносных сосудов, внутренних органов и мозга); 3) фоторецепторы органа зрения и 4) терморецепторы (кожи, внутренних органов, мозга).
Рецепторы могут быть моно- или полимодальными. Первыми являются все вторичночувствующие рецепторы: они реагируют обычно лишь
на один какой-либо вид стимула или одно его качество. Полимодальные
рецепторы могут возбуждаться при действии не только одного, но и разных по качеству стимулов. Например, некоторые кожные рецепторы могут
воспринимать и тактильные, и температурные стимулы.
По биологической роли кодируемого стимула рецепторы делят на
две неравные группы: а) ноцицепторы, «извещающие», главным образом, о
повреждении какой-то части тела, и б) дискриминационные – большая
часть – все остальные рецепторы, передающие информацию о качестве,
длительности и месте действия стимула.
Кроме «сенсорных», различают также «гуморальные», или «циторецепторы», располагающиеся в синапсах и эффекторах – на поверхности, в
цитоплазме и ядре клеток. Эти рецепторы взаимодействуют с гормонами,
медиаторами, другими биологически активными веществами.
Механизм возбуждения рецепторов известен сегодня лишь в общих
чертах. Внешний по отношению к рецептору стимул взаимодействует с
«рецептивной субстанцией» нервного окончания или рецепторной клетки,
вызывая конформационные изменения специфических белковых молекул
клеточных мембран. В результате меняется проницаемость мембран к ионам, развиваются ионные токи, формируются рецепторные потенциалы
(РП) возбуждения. Ионные местные токи деполяризуют мембрану нервного
окончания в ближайшем перехвате Ранвье, где формируется потенциал действия, распространяющийся далее – в сторону спинного и головного мозга.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Во вторичных рецепторах формирование РП приводит к выделению
медиатора и передаче возбуждения через синапс на окончание первого
чувствительного нейрона. Здесь формируется местный – генераторный –
потенциал возбуждения, который, как и РП первичных рецепторов, приводит к развитию потенциала действия.
Таким образом, рецепторы кодируют информацию, т.е. переводят ее
с одного «языка» на другой, понятный нервным клеткам. Различают временное и пространственное кодирование сенсорной информации. Первое
состоит в том, что при изменениях параметров стимула меняется частота
формирующихся в сенсорных нервных окончаниях импульсов возбуждения. Пространственное кодирование обеспечивает действие различных
стимулов или параметров на разные рецепторы.
В высших отделах мозга происходит декодирование информации, т.е.
считывание сенсорного кода на основе связей сенсорных ядер с двигательными и ассоциативными отделами мозга.
3. Функции проводникового отдела сенсорной системы.
Специфические и неспецифические (модулирующие)
сенсорные системы
Проводниковый отдел обеспечивает передачу информации а) в высшие
отделы мозга, б) на эфферентные соматические и вегетативные центры, давая
начало рефлексам. На уровне этого отдела могут реализовываться взаимодействия сенсорных систем, интеграция их активности, например, проявляющаяся в феномене «цветомузыки». Большую роль в этих интегративных
процессах играют ассоциативные ядра таламуса, например, подушка.
Различают специфические и неспецифические афферентные (сенсорные) системы – САС и НАС.
Для специфических афферентных систем (САС) характерны:
а) моносенсорность; б) четкая «топика» периферических связей; в) строгая
адресовка информации в кору больших полушарий.
Моносенсорность обеспечивается строгой анатомической связью определенных сенсорных (восходящих) проводящих путей мозга с тем или
иным органом чувств: существуют специфические зрительные, слуховые,
проприоцептивные и другие пути.
В пределах анализаторов (САС) существует четкая связь каждого его
элемента со строго определенным участком периферической сенсорной
поверхности: известна фототопика наружного коленчатого тела таламуса,
фонотопика его внутреннего коленчатого тела, соматотопика таламического заднего вентро-латерального ядра.
Специфические ядра таламуса, указанные выше, получили название
передаточных, проекционных, релейных; они посылают свою информацию
в определенные участки коры головного мозга. Так, ядра латеральных ко107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ленчатых тел передают свои сигналы в затылочную кору – область формирования зрительных ощущений. При электрическом раздражении этих
ядер у бодрствующего человека могут появиться зрительные галлюцинации. Ядра медиальных коленчатых тел адресуют сигналы в верхнюю височную извилину коры: при раздражении этих ядер появляются слуховые
галлюцинации. Заднее вентро-латеральное ядро таламуса связано с задней
центральной извилиной коры, поэтому при раздражении этого таламического ядра могут развиваться необычные «соматические» ощущения: онемение части тела, «ползание мурашек» и др. Разрушение этих ядер иногда
используется для устранения у человека сильных болей. По данным
Р. А. Дуриняна (1974), конвергенция на нейронах заднего вентролатерального ядра таламуса и некоторых других ядер мозга путей тактильной (кожной) и висцеральной чувствительности является причиной формирования «отраженных» болей. При этом человек связывает свою боль не
с тем внутренним органом, который, действительно, может быть ее причиной, а с соответствующим участком кожной поверхности. Так, «кардиогенные» боли могут быть локализованы больным в кожных областях левого плеча, надплечья, лопатки.
Все указанные выше особенности САС способствуют четкому выделению качества стимула, места и времени его действия, т. е. как бы ответам на
вопросы: что? Где? Когда? Однако без участия НАС этот анализ невозможен.
Неспецифические – модулирующие – афферентные системы
(НАС) представляют собой аппарат регуляции функций самого мозга. Это
важное положение явилось результатом поистине революционных по своим
итогам опытов итальянского нейрофизиолога Дж. Моруцци и американского нейрохирурга Х. Мэгуна (1949). Раздражая или, напротив, перерезая у
обезьян различные стволовые структуры мозга, они убедились в том, что: 1)
выключение или полное разрушение определенных структур ретикулярной
формации (РФ) ствола приводят к засыпанию или гибели животных; 2) аналогичные вмешательства на уровне отдельных САС не дают таких эффектов; 3) раздражение структур РФ у спящего животного приводит к его пробуждению. Так были открыты восходящие неспецифические системы, которые могут обеспечивать более или менее диффузные влияния на «тонус»,
т. е. на возбудимость и различные функции головного мозга. К НАС были
отнесены РФ ствола, неспецифические ядра таламуса, а также некоторые
структуры гипоталамуса, базальных ядер и коры больших полушарий.
НАС отличаются от САС: а) полисенсорностью нейронов; б) отсутсвием прямых связей с органами чувств; в) отсутствием строгой топики,
диффузностью адресовки сигналов в кору; г) более поздним приходом в
кору сигналов из-за обилия синаптических переключений.
С периферическими сенсорными структурами (органами чувств, рецепторами) НАС непосредственно не связаны. Источниками их активности
являются: а) нисходящие влияния коры (основной путь активации);
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б) влияния специфических афферентных систем через коллатерали стволовых путей; в) гуморальные стимулы.
Роль НАС в сенсорных функциях состоит в том, что они обеспечивают
«энергетический», а САС – «информационный» компоненты этих функций.
Так, САС позволяют узнать, что, где и когда подействовало на рецепторы, а
НАС создают возможность бодрствования, внимания к этому воздействию и
ощущения его. Практическая медицина использует эти сведения для медикаментозного выключения болевых ощущений с помощью блокирования синапсов НАС, например, аминазином. Так же действуют многие наркотики.
Таким образом, НАС представляют собой как бы клапаны, с помощью
которых регулируется количество активирующих воздействий на кору больших
полушарий. Однако было убедительно показано, что степень открытия этих
клапанов определяет сама кора, оценивающая новизну и важность сигнала.
4. Функции коркового отдела сенсорной системы
В настоящее время кору больших полушарий представляют состоящей из четырех типов зон: сенсорных, ассоциативных, мотивационноэмоционально-энергетических и интегративно-пусковых.
В свое время И. П. Павлов считал кору состоящей из высших отделов анализаторов. Зоны коры, например, верхняя височная, затылочная и
центральные, действительно, формирующие высшие отделы сенсорных
систем, состоят из первичных и вторичных зон (И. П. Павлов выделял «ядро» и рассеянные элементы). Первичные сенсорные зоны, как и подкорковые отделы САС, имеют четкую топическую организацию, т. е. пространственную связь с определенными участками периферического рецептивного поля (кожи, сетчатки и др.).
Именно в таких участках коры была обнаружена впервые колончатая
организация, т. е. функциональное объединение клеток разных слоев коры
«по вертикали» с формированием дискретных групп-модулей диаметром
100–300 мкм. Американский ученый В. Маунткасл (1957), проникая микроэлектродом через все слои соматосенсорной коры кошки, обнаружил, в
частности, что все клетки одной колонки реагируют на одну и ту же сенсорную субмодальность (качество), например, на холод или на тепло. Когда же электрод вводился наклонно, он «встречал» более разнообразные по
модальности нейроны.
Вторичные сенсорные зоны не имеют строгой топической организации. Они, очевидно, являются местом хранения образов внешнего мира,
т. е. участвуют в процессах долговременной памяти.
В сенсорных зонах выделяются и моторные участки, обеспечивающие настроечные и ориентировочные движения, «обслуживающие» данную сенсорную систему.
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ассоциативные зоны, иногда называемые третичными сенсорными
зонами, у человека составляют более 50 % коры. К ним относятся теменная, теменно-височно-затылочная и другие зоны. Если сенсорные зоны являются местом формирования ощущений, то ассоциативные зоны способствуют восприятию – целостному отражению – предметов окружающего
нас мира. Русский поэт Н. Гумилёв считал, что «поэту надо учиться видеть
звуки и слышать цвета, обладать слышащими глазами и зрячими ушами,
чтобы воспринимать жизнь во всей ее полноте и богатстве».
Участие коры головного мозга в сенсорных функциях можно упрощенно представить в виде последовательности процессов:
1) формирование в первичной сенсорной зоне субсенсорного (неощущаемого) монообраза в виде раннего первичного ответа благодаря
приходу сюда информации САС;
2) оценка новизны и биологической значимости этой информации;
3) активация корковых и подкорковых отделов НАС в случае «признания» важности этой информации;
4) осознание монообраза – формирование ощущения;
5) полимодальная конвергенция возбуждения на нейронах ассоциативных
зон с формированием целостного субъективного образа предмета (восприятие).
Высшие (корковые) отделы сенсорных систем (анализаторов) обеспечивают высшие же формы отражения окружающего мира – ощущение,
тонкие формы анализа стимулов, мышление. Некоторые механизмы этих
явлений будут рассмотрены в следующих разделах.
Кроме того, организуя целенаправленную деятельность, корковые
структуры обеспечивают поведенческие реакции поиска новых стимулов
(«чего не мыслит мозг, того не видишь глазом»).
Лекция 14. Общие свойства сенсорных систем. Боль
Нет более надежных руководителей, чем наши чувства. Они являются моими философами.
Ж. де Ламетри
1. Свойства сенсорных систем
К свойствам сенсорных систем (анализаторов) относятся: специфичность, возбудимость, лабильность, функциональная мобильность, а также
способность к адаптации, контрастному восприятию и формированию последовательных образов.
Специфичность обеспечивается биохимическими, структурными и
физиологическими особенностями рецепторного отдела, способствующи-
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ми наиболее эффективному и избирательному реагированию на адекватные стимулы. Такими стимулами называют раздражители, к которым в
процессе эволюции развились указанные выше приспособительные черты
соответствующих рецепторов. Функционально это выражается в высокой
чувствительности рецепторов к адекватным стимулам. Так, порог ощущения света измеряется величинами 10-17–10-18 Вт. Другие стимулы – неадекватные – в принципе тоже могут вызвать ощущение, но порог его значительно выше. Так, механическое воздействие на глаз, способное вызвать
ощущение «искр», должно достичь интенсивности не менее 10-4 Вт.
Таким образом, ощущение может быть результатом действия на орган чувств не только адекватных, но и неадекватных стимулов.
Однажды в качестве эксперта был привлечен к знаменитому судебному делу известный физиолог И. Мюллер. Человек, пострадавший от нападения, совершенного в абсолютной темноте, обвинил определённое лицо, т. к.
удар по голове вызвал у пострадавшего ощущение света и преступника было видно. На основе этого и других фактов И. Мюллер (1826) сформулировал свой «закон специфических энергий». Он основан на том, что один и тот
же стимул, действуя на разные органы чувств, вызывает разные ощущения:
удар по руке – ощущение механического воздействия (возможно, боли),
удар по уху – ощущение звона в ушах, удар по глазу – ощущение «искр».
Отсюда И. Мюллер пришел к убеждению, что ощущения человека не соответствуют истинным (объективным) свойствам предметов, т. к. отражают
лишь характерную для каждого органа чувств «специфическую энергию».
Таким образом, И. Мюллер впервые обратил внимание исследователей на особое свойство каждой сенсорной системы – специфичность периферических отделов, однако раскрытие биохимических и других основ
специфичности представляет весьма сложную задачу, пока не разрешенную в полной мере в наши дни.
Закон специфических энергий явился основой концепции о непознаваемости мира (Г. Гельмгольц и др.). Однако хорошо известно, что если отдельные ощущения не являются абсолютной копией отражаемого качества
стимула, то «показания» нескольких органов чувств дополняют недостаток
информации и вносят свои коррекции в формирование субъективных образов. Кроме того, практическая деятельность человека является важнейшим
средством проверки достоверности знаний об окружающем мире.
Возбудимость различных отделов сенсорных систем может быть
оценена величинами порогов силы. При этом «порог ощущения» в несколько раз превышает порог возбуждения, или физиологический порог
САС. Так, для возбуждения одного фоторецептора достаточно одного фотона света, но для появления ощущения света необходимо возбуждение
семи рецепторов. Если первый из этих порогов зависит от чувствительности рецепторов, определяемой наследственными факторами и возрастом,
то второй зависит от внимания и уровня бодрствования.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отсутствие ощущения при действии стимула может сочетаться с появлением его «субсенсорного» образа и различного рода влияний стимула
на организм. Отечественный физиолог Г. В. Гершуни показал, что на слабые, неслышимые звуки могут вырабатываться условные рефлексы. Ультра- и инфразвуки, не ощущаемые человеком, могут влиять на его настроение и самочувствие.
При восприятии «надсенсорных» стимулов физиолог Э. Вебер выявил важную закономерность: изменение ощущения может наступить
лишь в том случае, если прирост или снижение стимула происходят не менее чем на 1/30 исходной величины стимула, т. е. порога различения стимула. Физик Г. Фехнер в этой связи пришел к выводу, что интенсивность
ощущений пропорциональна логарифму интенсивности стимула. Этот
«основной психофизиологический закон» Э. Вебера и Г. Фехнера выражает, таким образом, количественную зависимость субъективных реакций
человека от внешних стимулов, вызывающих эти реакции: S = alogY + b,
где S – величина ощущения, Y – сила стимула, а и b – константы.
Благодаря работам других ученых выяснилось, однако, что при действии слабых и сильных стимулов эта закономерность отсутствует, что послужило поводом для шутки, рожденной в научных кругах: «Г. Фехнер
был героем XIX века и злодеем XX века». Таким образом, закон Вебера –
Фехнера характеризует отражательную роль ощущений человека, формирующихся при действии стимулов в диапазоне средних интенсивностей.
Лабильность структур, из которых сформированы сенсорные системы, существенно связана с длительностью абсолютной рефрактерной
фазы, от которой зависит порог временного различения двух последовательно действующих стимулов. Этот порог представляет собой наименьший период времени между действием таких стимулов, при котором они
ощущаются раздельно. Сравнительно низкий порог, равный 2 мс, характеризует тактильную систему, что делает возможным создание своеобразного «вибрационного языка» слепо-глухонемых людей. Относительно высок
порог зрительной системы: он приближается к 40 мс, поэтому демонстрация киноленты со скоростью 24 кадра в секунду обеспечивает восприятие
непрерывного действия.
Функциональная мобильность – свойство рецепторов, обнаруженное советским физиологом И. Г. Снякиным (1959) и состоящее в том, что
число активно функционирующих рецепторов может изменяться. Иными
словами, возможна «мобилизация» рецепторов, т. е. повышение числа возбуждающихся рецепторов на единицу площади рецептивного поля, и «демобилизация» рецепторов. На кафедре нормальной физиологии Московского медико-стоматологического университета, где работал И. Г. Снякин,
показано, в частности, что мобилизация вкусовых рецепторов наблюдается
при пищеварении, а их демобилизация – при эмоциональном, например,
экзаменационном стрессе. Эффективность процессов мобилизации и демобилизации, а также плотность распределения рецепторов в рецептивном
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поле органа чувств могут повлиять на величину порога пространственного различения стимулов. Этот порог представляет собой то наименьшее
расстояние между двумя стимулами, при котором они воспринимаются
раздельно. В свою очередь, от величины такого порога зависит острота
зрения и осязания, т. е. способность воспринимать раздельно два стимула
(для органа зрения – две светящиеся точки), одновременно действующие
на орган чувств. Для сетчатки глаза человека нормальная острота зрения
соответствует углу зрения между двумя светящимися точками, равному
одной минуте. Именно такой или больший угол зрения создает возможность возбуждения двух или более колбочек, между которыми находится
хотя бы одна невозбужденная колбочка.
Способность к формированию последовательных образов, связанная с явлением последействия, развивающимся в сенсорных нейронах,
может быть проиллюстрирована на примере зрительной системы. Если некоторое время фиксировать взгляд на каком-либо темном предмете, окруженном светлым фоном, и затем перевести взгляд на светлую стену, то
можно как бы снова увидеть тот предмет. При этом он может быть «виден» сначала светлым, затем темным и т. д., что соответствует последовательной смене возбуждения и торможения в нейронах зрительной системы.
Способность к контрастному восприятию связана с изменением
субъективной реакции на какой-либо стимул под влиянием восприятия
другого стимула, противоположного по качеству. Такими «парами» стимулов могут быть: белое – черное, большое – малое, теплое – холодное и др.
Механизм контрастного восприятия связан с развитием латерального торможения в нейронах сенсорных путей, что способствует более четкому
выделению отдельных признаков предмета.
Способность к адаптации связана с изменением возбудимости нейронов сенсорных путей при изменении интенсивности или увеличении
продолжительности действия стимула. Впервые Э. Эдриан (1925) описал
адаптацию тактильных рецепторов, в последующем она была обнаружена
и в других структурах сенсорных систем. Адаптация может проявляться в
понижении чувствительности при действии стимулов сравнительно большой интенсивности, например, яркого света. При действии слабых стимулов чувствительность, напротив, может возрастать, благодаря чему обеспечивается, например, способность различать предметы в сумерках. Механизмы адаптации могут быть периферическими и центральными. Первые
связаны с изменениями проницаемости мембраны рецепторных клеток, в
зрительных рецепторах – с интенсивностью восстановления витамина А.
Центральные механизмы адаптации имеют рефлекторную природу: к ним
относятся изменение величины зрачка в темноте и при ярком свете; сокращение мышц среднего уха при сильных звуках. В результате отражение
сенсорными системами свойств внешней среды, по мнению Х. Хартлайна
(1961), происходит не столько верно, сколько полезно.
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Боль
Раненые, которые сильнее других кричат и вопят, не всегда самые трудные, и не
всегда им первым должно оказывать неотлагательное пособие.
Н. И. Пирогов
Хронической болью страдает 40 % населения Земли. Высокая значимость этой проблемы привела к появлению новой медицинской науки – алгологии (от греч. algesis – ощущение боли).
2.1. Определение, значение для организма, классификация.
Боль – это психофизиологическая реакция бодрствующего организма на
сверхсильные стимулы или воздействия, повреждающие ткани. Болевая
чувствительность называется ноцицептивной, от латинского слова
«nocere» – повреждать. Однако, боль – не только ощущение: она, в отличие
от зрительной, слуховой, тактильной и других видов чувствительности,
овладевает всей сферой соматической и вегетативной жизни организма и
включает также память, мотивацию и эмоцию. Боль может проявляться
ориентировочными и защитными рефлексами, в том числе сгибанием конечности или туловища, вздрагиванием и др. В целом боль – это сочетание
специфического ощущения со стрессом.
Древние греки говорили: «Боль – сторожевой пёс здоровья». Люди, от
рождения лишенные болевой чувствительности, чаще страдают от ожогов и
травм, у них вяло заживают раны. Однако многие заболевания вначале не сопровождаются болью. Она может развиваться лишь в поздней стадии болезни и вызывать мучительные страдания, приводящие к маниакальному состоянию или депрессии, снижению работоспособности и изменению поведения. Таким образом, «боль – тиран и благодетель» (Б. П. Расторгуев, 1981).
Классифицируя виды боли, выделяют, во-первых, – острую (физиологическую) и хроническую (патологическую) боль.
Острая боль характеризуется короткой продолжительностью и четкой связью с повреждающим фактором. Хроническая боль развивается в
связи с затянувшимся заживлением и является наиболее разрушающей
психологический и социальный комфорт индивидуума.
Физиологическая боль имеет, в основном, сигнальное значение, т. к. ее
выраженность определяется степенью угрожающего значения фактора для
жизни и благополучия организма. Эта боль вызывает защитное поведение,
направленное на устранение источника боли. Боль патологическая является
результатом срыва адаптационных процессов и нарушения периферической
или центральной систем проведения и контроля болевой чувствительности.
По локализации различают соматическую и висцеральную боль.
Первая может быть поверхностной (связанной с наружными покровами),
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
глубокой (мышечной и суставной), невропатической (связанной с нарушением целостности нервов) и центральной, т. е. связанной с нарушением регуляции болевой чувствительности. Отличается обычно точной локализацией и быстротой реакции, ее эрготропным характером (повышением артериального давления, тахикардией, покраснением лица, повышением потоотделения, расширением зрачков). Боль висцеральная неопределенна,
«расплывчата», может сопровождаться трофотропными реакциями (угнетением психики, слабостью, снижением артериального давления и др.).
2.2. Нейроанатомия боли. Стимул, нанесенный на разные участки
тела, может вызывать боль разной интенсивности. Чувствительны к боли
все покровы тела и органов: кожа, слизистые и серозные оболочки органов, стенки артерий. Мало чувствительны мышечные стенки внутренних
органов, миокард, вены, подкожная жировая клетчатка.
До сих пор нет ясности в вопросе о специфичности болевых рецепторов. Австрийский невропатолог и физиолог А. Гольдштейдер (1894) разработал «теорию интенсивности», согласно которой болевое ощущение
возникает при действии любого стимула, интенсивность которого достигает определенного уровня. В самом деле, показано, что у человека в опредео
ленных условиях раздражение рецепторов кожи охлаждением до 3 и нао
греванием до 52 С вызывает ощущения холода или тепла. При еще большем охлаждении или нагревании развивается болевое ощущение.
С другой стороны, немецкий невропатолог М. Фрей (1895) создал
«теорию специфичности»: существует четыре типа кожных рецепторов –
тактильные, холодовые, тепловые и болевые. Причем болевых рецепторов
в коже в 9–10 раз больше, чем тактильных и температурных. Подтверждением этой теории является хорошо известный факт: при анестезии болевая
и тактильная чувствительность меняются неодинаково.
Считается, что нервные окончания эпидермиса кожи связаны с волокнами типа А-дельта, скорость проведения которых равна около 11 м/с. Эти
волокна обеспечивают фазный компонент боли. Нервные окончания глубоких слоев кожи относятся к волокнам типа С; скорость проведения в них
около 1 м/с; с ними связаны более продолжительные болевые ощущения.
В спинном мозге найдено шесть путей болевой чувствительности. Их
многочисленность как бы обеспечивает резерв, страховку. Эти пути можно
разделить на две группы: палео- и неоспино-таламические. Первые адресуют свои сигналы в ядра таламуса, при раздражении которых возникает
грубая, плохо локализуемая боль, названная английским невропатологом
Г. Гедом (1903) протопатической. Такая боль является мучительной, жгучей, «душераздирающей», сопровождается тоской или яростью, к ней не
развивается адаптация. Конвергенция на нейронах таламических и других
ядер аксонов нейронов кожной и висцеральной чувствительности может
быть основой так называемых «отраженных» болей, возникающих в определенных участках кожи при патологии внутренних органов.
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кора больших полушарий обеспечивает субъективные болевые реакции, т. е. осознание боли. Так, задняя центральная извилина связана с кратковременной, четко локализуемой болью, которую Г. Гед назвал эпикритической. К такой боли может развиться адаптация. Лобная и лимбическая
кора участвует в развитии эмоционального компонента болевого страдания;
разъединение этих участков коры хирургическим путем (лоботомия) может
привести к исчезновению болевого страдания, но не исключает ощущений
боли. Чаще всего центральные боли связывают с нарушением тормозящего
влияния эпикритического «сенсорного потока» на протопатический.
2.3. Нейрофизиология боли. Возникновение болевой реакции в значительной мере связано с периферическим действием различных биологически активных веществ (БАВ). Они могут выделяться из поврежденных
тканей (серотонин, гистамин, ацетилхолин, некоторые простагландины,
NO, ионы калия и водорода), освобождаться из плазмы крови (брадикинин,
каллидин) и нервных окончаний (тахикинины или вещество Р). Эти БАВ
называют алгогенными.
В свою очередь, свободные нервные окончания, с которыми связана
болевая рецепция, высоко хемочувствительны – их иногда называют хеморецепторами. Предполагают, что тканевые БАВ и вещество Р непосредственно активируют нервные окончания, а простагландины выступают в роли модуляторов, усиливая эффект других БАВ и способствуя, таким образом, сенситизации – повышению болевой чувствительности. Это делает
понятным обезболивающий эффект аспирина, подавляющего синтез простагландинов и кининов.
Причиной освобождения БАВ могут быть не только повреждения
тканей, но и тканевая гипоксия, вызванная, например, спазмом сосудов. В
этих случаях выделение БАВ может играть положительную роль, т. к. многие из них расширяют кровеносные сосуды.
Стойкость болевой реакции может быть обеспечена развитием сенситизации и последействия на нейронах болевых путей. Р. Мелзак (1968) наблюдал у кошек после 20-секундного электрического раздражения седалищного нерва или кожи изменение спонтанной активности нейронов в течение
5–40 мин. Определенную роль в развитии этого явления, очевидно, играет
«ловушка возбуждения», создаваемая кольцевыми нейронными цепями.
Возникновению болевых ощущений способствует временная суммация возбуждения, развивающаяся на нейронах болевых путей.
Предполагается, что медиаторами боли в первом синапсе нейронов
болевой системы могут быть вещество Р, холецистокинин, соматостатин,
вазоактивный интестинальный пептид (ВИП) и др. Боль характеризуется
формированием «болевой» доминанты, поэтому «посторонние» стимулы –
шум, яркий свет, изменения tо воздуха, работы кишечника, наполнения мочевого пузыря – могут усиливать боль.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Антиболевая система. В 1973 г. в Англии было сделано открытие
величайшей значимости: на поверхности нейронов животного Л. Терениус
с коллегами обнаружили белок-рецептор морфина. Поскольку было известно, что этому животному данное вещество никогда извне не вводилось, предположили, что морфиноподобные (обезболивающие) вещества
продуцируются в организме.
В 1975 г. это предположение подтвердилось: из мозга свиньи были
выделены пептиды, структура и действие которых близки к таковым морфина. Эти вещества получили название эндорфины. Позднее выделили
другие пептиды с такими же свойствами – энкефалины, динорфины. Оказалось, что эндорфины продуцируются в основном в гипоталамусе, гипофизе и надпочечниках, их действие избирательно: они снижают преимущественно болевую чувствительность. Энкефалины же обнаружены во
многих отделах мозга и в периферических тканях, их действие более разнообразно, но общим в эффектах аналгезирующих веществ является усиление процессов торможения.
Антиболевой эффект дают в нашем организме и другие пептиды:
бомбезин, нейротензин, вазопрессин, окситоцин, ангиотензин, а также
амины – серотонин, дофамин, норадреналин и ГАМК. На периферии, однако, амины действуют противоположно.
Центральный контроль
Толстые нервные
волокна
+
-
+
-
+
Желатинозная
субстанция
-
Путь в
головной
мозг
Тонкие нервные
волокна
Рис. 1. Схема организации «ворот боли» Р. Мелзаку
Таким образом, кроме болевых систем, в организме существуют антиболевые, или болеутоляющие. Одно из ведущих мест в этих системах
занимает центральное серое вещество среднего мозга: американский физиолог Л. Рейнолдс (1969) показал, что при раздражении этого центра полостная операция, проводимая на животных, проходит практически безболезненно, несмотря на то, что животное остается бодрствующим. В головном мозгу обнаружены и другие аналгезирующие структуры: ядра шва, ла117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
теральное ретикулярное ядро, структуры гипоталамуса и коры. В спинном
мозгу к аналгезирующей системе относят желатинозную субстанцию задних рогов (Р. Мелзак, 1981), ее тормозные нейроны могут закрывать «ворота» боли под влиянием импульсации нейронов с толстыми (А-дельта)
«болевыми» волокнами и, очевидно, центров головного мозга (см. рис. 1).
Именно структуры антиболевых систем являются местом синтеза и
выделения указанных выше аналгезирующих пептидов и аминов. Так, при
электрическом раздражении данных структур у кролика концентрация эндорфинов в некоторых ядрах мозга и ликворе возрастает в 3–3,5 раза.
У людей с болевым синдромом такого рода раздражение во время хирургической операции приводит к 10–15-кратному увеличению концентрации
эндорфина в крови (В. П. Лебедев, 1987). Выделение эндорфинов у человека происходит в некоторых критических состояниях, например, перед
смертью. Этим объясняют блаженство, испытываемое в такой момент. Не
более 6 % людей страдает, испуская последний вздох (Ж. Годфруа, 1992).
Эндогенная антиболевая система, очевидно, тонически (постоянно)
активна. В опытах Г. Н. Крыжановского с коллегами (1990) показано, в частности, что введение крысам столбнячного токсина (блокатора всех тормозных медиаторов) в сегмент спинного мозга приводит к настолько сильным болевым ощущениям, связанным с задней конечностью, что животные отгрызают ее.
Очевидно, величина и характер болевой реакции человека зависят от
соотношения активности болевых и антиболевых систем организма.
В настоящее время кроме аналгезирующей (антиболевой) системы
выделяют и антианалгезирующую. Такую роль выполняют, например, кортикотропин и холецистокинин.
Факторы, влияющие на развитие болевых ощущений. Болевая
чувствительность (БЧ) зависит от пола, возраста, времени суток, врожденных свойств нервной системы и функционального состояния организма.
У женщин БЧ меньше, чем у мужчин, у подростков и пожилых людей
она меньше, чем у лиц среднего возраста, ночью у бодрствующего человека
БЧ повышается, она может увеличиваться при ожидании боли, страхе, усталости, недосыпании, действии холода. При эмоциональном же стрессе, связанном, например, с переживанием радости, гнева, религиозного экстаза, в
связи с повышением секреции АКТГ и эндорфинов, БЧ снижается. Так, солдат перед атакой может сразу не осознать, что одна его конечность только
что оторвана снарядом. Существуют и индивидуальные особенности БЧ,
связанные, очевидно, со свойствами структур антиболевой системы. Так,
Л. Кноринг (1979) показал, что люди с малым количеством мозговых эндорфинов и энкефалинов реагируют на нарастающий стимул повышением
БЧ, чего не отмечено у лиц со средним и высоким количеством таких пеп118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тидов. Это может быть одним из объяснений факта, отмеченного еще
И. М. Сеченовым: «...при очень сильной физической боли один кричит и
бьется, другой может переносить ее молча, покойно, без малейших движений, и, наконец, есть люди, которые могут даже производить движения, совершенно не совместимые с болью, например, шутить, смеяться».
2.4. Физиологические принципы борьбы с болью. На первый
взгляд покажется, что самым радикальным путем борьбы с болью является
нарушение анатомической целостности болевых путей, что иногда используется для устранения стойких болей. Выдающийся французский физиолог
и хирург Р. Лериш (1939) отметил бесперспективность таких методов:
«Нервы созданы не для того, чтобы их перерезали». Очевидно, это обусловлено наличием дублирующих друг друга болевых систем.
Отсюда вытекает, что физиологическими принципами борьбы с болью могут быть: 1) ограничение возбуждения болевых систем и
2) активация антиболевых систем, что достигается различными способами.
Так, торможение центров болевой системы может быть достигнуто,
кроме медикаментозного способа, внушением и самовнушением, в частности, гипнотическим путем. У 20 % людей гипноз может полностью снять
боль. Даже в глубокой стадии развития злокачественных новообразований
психический метод может принести облегчение. Того же эффекта можно
добиться расслаблением мышц шеи, плечевого пояса и спины, в частности,
с использованием биологической обратной связи.
Ограничения доминирующего возбуждения болевого центра добиваются созданием новой доминанты. В стоматологии для этой цели используются «белый шум», стереофоническая музыка.
Все более разнообразными становятся сегодня способы активации
антиболевых систем. Для этой цели применяют, например, электрическое
раздражение слабым током чувствительных нервов, задних столбов спинного мозга. Р. Мелзак (1981) объясняет эффект такой стимуляции закрытием «ворот боли» в спинном мозгу. Иглоукалывание, точечный массаж и
другие способы воздействия на биологически активные точки в Китае могут у 90 % больных сделать ненужным медикаментозное обезболивание
для хирургических операций. Известно, что при такого рода воздействиях
повышается секреция пептидов-аналгетиков.
Немногие проблемы требуют столько человеческих усилий, как
предупреждение и устранение боли. Новые поиски неясных сегодня механизмов развития болевых реакций и их перехода в патологический процесс
должны привести к успеху в решении этой проблемы.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 15. Общая характеристика функций коры
больших полушарий. Условные рефлексы
…Только физиология держит в
руках ключ к истинно научному анализу психических явлений.
И. М. Сеченов
1. Анатомо-функциональные особенности
коры больших полушарий
Кора больших полушарий головного мозга представляет собой как бы
плащ толщиной 1,5–3 мм и площадью 1,5 м2, покрывающий структуры конечного мозга. В коре содержится около 70 % нервных клеток всего мозга.
Кора больших полушарий состоит из 3 зон: древней (имеющей 3-слойное
строение), старой (представленной 4–5 слоями) и новой – 6-слойной. В филогенезе объём новой коры увеличивается, по отношению ко всей коре: у
ежа она составляет 32 %, у кролика – 56, у собаки – 84, а у человека – около
96 % всей коры. В последние десятилетия здесь обнаружены особого рода
формы межнейронной интеграции; в двигательной и зрительной коре выявлены «вертикально» ориентированные нейронные ансамбли, или колонки
(бочонки), они объединены участием в общей функции. В двигательной коре это обеспечение какого-либо движения, например, сгибания кисти, а в
зрительной – реакция на какой-либо общий для всех клеток стимул, например, появление в поле зрения выпуклого предмета.
Кора больших полушарий выполняет все функции, присущие ЦНС.
Регулирующая ее роль реализуется на самых высоких уровнях: организменном и «организм + внешняя среда».
Кора и ближайшая подкорка играют ведущую роль в обеспечении
высших – психических – функций организма, которые приобретаются в
течение жизни.
2. Локализация функций в коре больших полушарий
Этот вопрос может быть поставлен шире – о связи функций коры с
ее структурой и размерами. Так, по данным НИИ мозга
(О. С. Адрианов, 1993), отраженным в статье «Архитектура мозга и индивидуальность личности», вес головного мозга 780–900 г, т. е. меньше
обычного, свойственен некоторым людям с нормальным интеллектом. Но
именно у ученых (И. П. Павлова, И. В. Мичурина), писателей и поэтов
(А. М. Горького,
В. В. Маяковского),
политических
деятелей
(С. М. Кирова, В. В. Куйбышева) вес мозга оказался больше средних величин: 1400–1700 г. У композиторов, певцов, ораторов цитоархитектоника
коры сложнее, чем у представителей других видов деятельности. У поэтов,
певцов, математиков, писателей и врачей повышены плотность и количе120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ство глии вокруг нейронов, втрое увеличены границы вариабельности размеров нейронов лобной доли коры.
У отдельных людей определенные поля височных и теменных долей
могут различаться в 4,5–8 раз.
Анализируя морфо-функциональные основы индивидуальности и
духовности человека, генетик Д. К. Беляев пришел к выводу, что к мутации генов и, таким образом, к внутрипопуляционной изменчивости мозга
может приводить, например, психоэмоциональный стресс, вызывая значительные гормональные сдвиги.
2.1. Две точки зрения на локализацию функций в коре. При изучении вопроса о локализации функций в коре сформировались две крайние
тенденции. Одна из них выразилась в представлениях об узкой локализации функций, другая – в отрицании какой бы то ни было локализации.
И. П. Павлов, исходя на того, что «истина всегда посередине», развил теорию динамической локализации функций, согласно которой кора состоит из высших отделов анализаторов. В каждом из этих отделов имеются
ядро, за которым функция «закреплена» достаточно жестко, и рассеянные
элементы, способные к перестройке своих функций. Эта теория
И. П. Павлова получила дальнейшее развитие в нашей стране. Из работ ведущих нейрофизиологов России (Н. П. Бехтеревой, О. С. Адрианова и др.)
вытекает, в частности следующее:
1) каждый участок коры мультифункционален, и, кроме генетически
закрепленных, он может выполнять вероятностные виды функций;
2) каждая функция локализуется во многих структурах ЦНС.
2.2. Виды зон коры больших полушарий. Сенсорные зоны (зрительная – в затылочной области, слуховая – в верхней височной извилине и т. д.)
делят на первичные и вторичные. Последние не имеют четкой топической
организации, характерной для первичных зон, и, очевидно, являются местом
хранения образов. В сенсорных зонах есть и моторные участки, связанные с
движениями, «обслуживающими» данную сенсорную систему: в затылочной зоне имеются центры поворота головы и глаз в сторону света, во вкусовой – центры жевания, глотания, секреции слюны, желудочного сока и др.
Ассоциативные зоны (нижнетеменная и др.), которые иногда называют
третичными сенсорными, способствуют целостному восприятию предметов
и явлений внешнего мира, обучению и приобретению различных навыков.
Интегративно-пусковые зоны – лобная область коры, в частности,
передняя центральная извилина – участвуют в построении замысла, цели и
программы поведенческих актов. Особенности человеческой личности в
высокой степени определяются деятельностью именно этой зоны. Если у
хищных животных лобные доли составляют лишь 6 % коры, то у обезьян –
12, а у человека – до 25%. Из многих десятков мозгов человека, строение
которых изучено НИИ мозга (О. С. Адрианов, 1993), лишь в мозге
И. П. Павлова и В. И. Ленина лобная область занимала более 25 % площади полушарий. Миелинизация волокон зрительной коры завершается к го121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ду жизни человека, двигательной – к двум годам, в лобной же доле этот
процесс длится до 18 лет, что свидетельствует, очевидно, о высокой сложности развивающихся здесь реакций. Ю. В. Урываев и А. Л. Рылов в книге
«Проникая в тайны мозга» (М.; Советская Россия, 1986) привели описание
последствий обширной травмы черепа и лобных областей мозга у американского горнорабочего Финеаса Гейджа. Он прожил после травмы еще
12 лет, но личность его значительно изменилась: появились вспыльчивость, упрямство и нерешительность, исчезло желание трудиться.
Энергетически-мотивационно-эмоциональные (лимбико-ретикулярные)
зоны внутренней поверхности полушарий способствуют поддержанию тонуса,
т. е. бодрствующего, деятельного состояния коры больших полушарий, участвуют в формировании мотиваций и эмоций.
2.3. Функциональная асимметрия полушарий головного мозга существует только у человека, хотя некоторые ее признаки обнаруживаются и у
обезьян. Асимметрия выражается в том, что центры второй сигнальной системы: речи, мышления – представлены главным образом в левом полушарии,
правое же полушарие более активно в формировании конкретных образов
внешнего мира, в оценке времени и пространства, в процессах творчества.
Кроме речевой (мыслительной), различают сенсорную (ведущие глаз,
ухо) и моторную (ведущая рука) асимметрию. У лиц мужского пола эта
особенность мозга четко обнаруживается с 5 лет, у лиц женского пола –
позже. При этом до 90 % людей являются праворукими, 3–7 % – леворукими, остальные – амбидекстрами.
Выяснилось, что центры речи локализуются в левом полушарии у
95 % праворуких и у 70 % леворуких; в правом полушарии – у 5 % правшей и 15 % левшей соответственно, а у 15 % леворуких осуществляется
двусторонний контроль речи. Оба полушария, однако, функционируют в
тесном единстве. Асимметрия же объясняет гораздо больший процент
встречаемости левшей среди музыкантов и артистов, нежели среди математиков. Кроме того, у левшей в 12 раз чаще, чем у правшей, нарушается
способность к обучению чтению (дислексия).
3. Методы исследования коры больших полушарий:
– сравнительно-анатомический и сравнительно-физиологический;
– клинико-морфологический;
– разрушения, экстирпации, выключения, разделения;
– раздражения;
– психофизиологический, в том числе анкетирование, метод цветового выбора и др.;
– выработка условных рефлексов;
– регистрация биопотенциалов, в том числе электроэнцефалография;
– моделирование функций мозга.
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Понятие о высшей нервной деятельности (ВНД), её отличия от низшей нервной деятельности (ННД)
И. П. Павлов условно разделил нервную деятельность на высшую и
низшую. Общность их заключается в том, что обе они осуществляются на
основе универсальных принципов рефлекторной деятельности. К низшей
нервной деятельности относятся врожденные явления, заключающиеся в
регулировании и согласовании жизненно важных функций организма, направленных на поддержание гомеостаза, многие из них могут осуществляться без участия коры больших полушарий. Основу низшей нервной
деятельности составляет совокупность безусловных рефлексов. К высшей нервной деятельности относятся сложные приобретенные формы
нервной деятельности, направленные на приспособление организма
(адаптацию) к условиям существования и осуществляющиеся при обязательном участии коры больших полушарий. Другими словами, высшая
нервная деятельность – это деятельность коры больших полушарий (и
ближайших к ней подкорковых структур), которая является физиологической основой высших психических функций: восприятия, мышления, обучения, памяти, сознания. Поэтому физиологию ВНД называют психофизиологией. В основе всех процессов ВНД лежат условные рефлексы.
Впервые предположение о рефлекторном характере деятельности
высших отделов мозга было высказано И. М. Сеченовым, что позволило
распространить рефлекторный принцип и на психическую деятельность человека. Идеи И. М. Сеченова получили экспериментальное подтверждение в
трудах И. П. Павлова, гениального русского ученого, первого из физиологов
мира, удостоенного в 1904 г. Нобелевской премии. Он разработал метод
объективной оценки высших отделов мозга – метод условных рефлексов.
И. П. Павлов, возглавивший самую солидную в мире школу физиологов, открыл законы ВНД: закон временной связи, закон силы, закон внутреннего и внешнего торможения, законы иррадиации, анализа и синтеза и
др. И. П. Павлов описал механизмы сна, гипноза и экспериментальных неврозов, создал свою концепцию типов ВНД и двух сигнальных систем.
Учение И. П. Павлова широко признано в мире. Так, в 1920 г., ознакомившись с открытиями русских ученых, американцы Б. Уотсон и
Р. Рейтер выработали у шестимесячного мальчика Альберта условнорефлекторную эмоциональную реакцию страха. Мальчик любил все пушистое,
гладил лабораторных крыс. Вместе с тем, как и у других детей, резкий звук
вызывал у него крик и плач. Но когда такому звуку стало предшествовать
появление крысы, любимый зверек стал вызывать у ребенка страх и крик.
Имя И. П. Павлова солидно звучит во многих зарубежных руководствах по психологии боли (Р. Мелзак, 1981; Ж. Годфруа,1992 и др.) в
учебниках для врачей (F. Sields, 1993) и статьях (H. Zimmer, 2006).
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Условные рефлексы (УР), их значение
и отличия от безусловных
Итак, все рефлекторные реакции можно разделить на две группы:
безусловные и условные.
Безусловные рефлексы:
1) Врожденные, наследственно передающиеся реакции, большинство из них появляется сразу же после рождения.
2) Являются видовыми, т. е. свойственными всем представителям
данного вида.
3) Постоянны и сохраняются в течение всей жизни.
4) Осуществляются за счет деятельности различных отделов ЦНС
(спинной мозг, ствол мозга, подкорковые образования), т. е. рефлекторная
дуга замыкается на любом уровне (этаже) ЦНС.
Условные рефлексы:
1) Реакции, приобретенные в процессе индивидуальной жизни.
2) Являются индивидуальными, у разных представителей одного вида они могут быть различными.
3) Непостоянны – могут возникать и исчезать.
4) Являются функцией коры больших полушарий, т. е. осуществляются при участии высших отделов ЦНС.
УР имеют сигнальный характер, т. е. представляют собой реакции
организма на сигнал какого-то важного события, например, пищи, опасности, особи противоположного пола и др. Таким образом, УР – это реакция
не на само событие – его еще нет! – а только на его сигнал, что явилось основанием для того, чтобы выдающийся советский физиолог, ученик
И. П. Павлова, академик П. К. Анохин (1969) назвал УР «опережающим
отражением действительности».
Сигнальность условного рефлекса и составляет его величайшую роль
в адаптивной деятельности организма: такие реакции делают приспособление более тонким и успешным, организм благодаря условным рефлексам
встречает воздействие значимого раздражителя подготовленным. Так, заяц, затаившийся под кустом после того, как он услышал хруст ветки под
ногами потенциального врага (условный рефлекс!), защищает себя более
эффективно, чем заяц, развивший бурную двигательную защитную реакцию, оказавшись в лапах у лисы (безусловный рефлекс). Таким образом,
условный сигнал – это предупреждение о предстоящем событии.
Биологическое значение условных рефлексов состоит в их предупредительной, сигнальной роли: они готовят организм к будущей полезной поведенческой деятельности, помогая ему избежать вредных воздействий, тонко
и эффективно адаптироваться к окружающей природной и социальной среде.
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Классификация условных рефлексов
Существует две группы таких классификаций: I – общие для безусловных и УР, II – относящиеся только к УР. Классификации I-й группы были
рассмотрены в лекции 11, классификации II-й группы представлены ниже.
1) УР натуральные и искусственные. Первые обычно вырабатываются без особого труда, т. к. условные стимулы такого рода (запах, цвет,
форма и др.) обычно всегда и естественно предшествуют безусловным
стимулам. Примером может быть слюноотделение при виде пищи, ощущении ее запаха. Искусственные УР требуют для выработки большего труда,
т. к. в данном случае используются условные стимулы, естественным образом не связанные с безусловными. Примером является выработка пищевого УР на звонок, свет лампы и др.
2) УР простые и комплексные. Вторые представляют собой реакции на несколько условных стимулов, действующих одновременно или последовательно друг за другом.
3) УР первой сигнальной системы (на конкретные стимулы – звонок, свет, холод и др.) и второй сигнальной системы – на смысл слова.
4) УР первого, второго и более порядков. В качестве подкрепления
при выработке рефлекса второго порядка используется не безусловный, а условный стимул, на который ранее был выработан прочный УР первого порядка. Далее условный стимул рефлекса второго порядка может быть использован
в качестве подкрепления при выработке УР третьего порядка и т. д.
5) УР наличные (при одновременном действии условного и безусловного стимулов или хотя бы частичном их совпадении) и следовые
(окончание действия условного стимула и начало – безусловного – разделены интервалом времени).
6) УР положительные и отрицательные; последние вырабатываются на
основе внутреннего торможения и состоят в исключении той или иной реакции.
7) УР сенсорные и оперантные: первые вырабатываются на стимулы зрительные, слуховые, температурные и др., а вторые – на проприоцептивные стимулы, возникающие при движении. Оперантные УР лежат в основе дрессировки животных, выработки двигательных навыков у человека.
Подкреплением в данных случаях являются лакомство или наказание (у
животных), словесное одобрение действия или получение запланированного результата – у человека.
7. Правила (условия) выработки УР
Эти рефлексы и были названы условными, т. к. для своего образования требуют определенных условий (правил).
1) Наличие не менее двух раздражителей, один из которых является
биологически важным, значимым, а другой – менее важным, или индифферентным, безразличным, сигнальным. В случае, когда речь идет о
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выработке условного рефлекса I-го порядка, в качестве значимого используется безусловный раздражитель на фоне мотивации, связанной с ним
(пищевой, оборонительной, половой и др.).
2) Определенное сочетание во времени этих двух раздражителей, а
именно: действие индифферентного (условного) стимула должно начинаться раньше начала значимой стимуляции (т. е. стимул, на который мы
хотим выработать условный рефлекс, должен быть предупреждением, сигналом, обязательно предшествующим значимому явлению).
3) Многократное сочетание обоих стимулов, т. е. повторяемость ситуации (условные рефлексы требуют определенного времени для их формирования). Существует, однако, возможность выработки УР при одном
сочетании – импринтинг (он возможен в раннем онтогенезе или в условиях
ярко выраженной эмоциональной реакции).
Выработка условного рефлекса более эффективна при:
1) отсутствии значимых посторонних стимулов, способных вызвать
внешнее торможение УР;
2) наличии здорового, бодрствующего мозга.
Лекция 16. Механизмы выработки временной связи.
Обучение. Память
Сегодня человек за один день узнает больше, чем его предок, живший в
саванне, за всю жизнь.
Ж. Годфруа
Память – это медная доска, покрытая буквами, которые время незаметно сглаживает, если порой не возобновлять их резцом.
Джон Локк
1. Временная связь
Физиологическую основу УР составляет процесс замыкания временной
связи. Временная (условная, ассоциативная) связь – это совокупность нейрофизиологических, биохимических и ультраструктурных изменений, возникающих в головном мозгу в процессе сочетания условного и безусловного раздражителей. Эта связь вырабатывается при участии следующих механизмов:
1) Повышение возбудимости, проводимости и лабильности нейронов.
2) Суммация и облегчение проведения возбуждения в синапсах между нейронами, участвующими в выработке условного рефлекса.
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3) Развитие пространственной синхронизации ритмов возбуждения в
центрах, реагирующих на индифферентный (условный) и значимый (безусловный) стимулы.
4) Формирование доминанты в центре значимого стимула благодаря
его высокой биологической важности.
5) Конвергенция возбуждения от двух центров на общих нейронах
ассоциативной коры.
6) Рециркуляция возбуждения в кольцевых нейронных цепях.
Таким образом, наличие двух очагов возбуждения в коре закономерно вызовет движение процесса возбуждения от более слабого (вызванного
индифферентным, условным раздражителем) к более сильному (вызванному значимым, безусловным раздражителем). Следовательно, в начале
формирования условного рефлекса играет роль доминантный механизм.
И. П. Павлов в основе механизма замыкания временной связи усматривал
явление типа проторения пути, т. е. повышение проходимости ранее бездействующих синапсов вставочных нейронов. Упрочение же временной
связи осуществляется по другому механизму – перестройки функциональной (повышение лабильности под влиянием повторных раздражителей,
кольцевая циркуляция импульсов) и морфологической (утолщение нейрофибрилл, миелинизация нервных волокон, появление новых синапсов) во
вновь образованных нейронных цепях.
Согласно гипотезе А. И. Ройтбака, в основе образования и укрепления временных связей в центральной нервной системе лежит миелинизация терминалей центральных аксонов, возбуждающихся от условного раздражения. Большую роль в этом процессе играют клетки нейроглии, число
которых в данных условиях значительно возрастает.
Временная связь – это не только взаимодействие двух нервных центров (условного и безусловного стимулов), она представляет собой сложные взаимоотношения многих групп нейронов на разных уровнях центральной нервной системы.
Образование временных связей лежит в основе таких важных функций высшей нервной деятельности, как обучение и память.
2. Обучение и его виды
В обучении главным является механизм приобретения знаний, в явлениях памяти – механизм хранения и использования этих знаний. Обучение
обеспечивает постоянное пополнение и изменение знаний, приобретение
новых навыков. В отличие от обучения процессы памяти ответственны не
только за усвоение (фиксацию) информации, её сохранение, но и включают
механизм воспроизведения (извлечения) информации. Память и обучение
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
имеют общую особенность – необходимость повторения. Как научение основано на многократном сочетании одних и тех же стимулов, так и для образования следа памяти требуется повторение одной и той же информации.
Запоминание может быть естественным, непроизвольным, когда увиденный пейзаж, лицо человека или услышанная мелодия сохраняются в памяти без всяких усилий с нашей стороны. Обычно это очень яркие факты,
которые нас чем-то заинтересовали. В другом случае мы должны употребить известные усилия, чтобы удержать в памяти то, что нам нужно знать.
Такое произвольное запоминание возможно благодаря заучиванию, и оно в
основном сводится к повторению того, что мы увидели или услышали.
Повторение может быть механическим и логическим. Мы часто запоминаем номера телефонов или адреса путем неоднократного механического повторения. При логическом запоминании мы стремимся связать запоминаемое событие с другим, устанавливаем его причины и следствия,
отыскиваем правила и законы, из которых новый факт может быть выведен. Часто логическое запоминание мы дополняем механическим. Так, при
изучении таблицы умножения учащимся начальных классов вначале разъясняют принципы, которые лежат в основе умножения, а затем предлагают
выучить таблицу умножения механическим способом. Такая методика дает
возможность при необходимости умножение заменить сложением. Так, если первоклассник случайно забудет, чему равняется 5 × 6, то он решит эту
задачу путем сложения (5 + 5+ 5 + 5 + 5 + 5 = 30).
Логическое запоминание обычно более прочное, чем механическое,
т. к. при логическом запоминании новые сведения включаются в обширную систему уже выработанных связей. Если при механическом запоминании мы можем воспроизвести то, что мы запомнили, то при логическом мы
можем забытое событие вывести заново.
Обучением называется приобретение способности изменять поведение
под влиянием опыта. Существует три вида обучения (А.С.Батуев, 1991):
неассоциативное, ассоциативное и когнитивное.
2.1. Формы неассоциативного (облигатного) пассивного обучения. Оно обеспечивает жизнедеятельность организма преимущественно на
ранних этапах индивидуального развития. Неассоциативное научение не
подразумевает определенной прямой связи между запоминаемым материалом и другими стимулами. Пассивными формами обучения можно считать
сенситизацию, привыкание, импринтинг и подражание.
2.1.1. Сенситизация (сенсибилизация, суммационная реакция) –
усиление физиологической или поведенческой реакции на особо сильный
или вредный раздражитель. Непривычный звук на городской улице (например, визг тормозов и грохот столкновения автомобилей) заставляет некоторое время более внимательно прислушиваться к обычному шуму
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
транспорта. Другой пример: пронзительный, продолжительный писк комара над ухом становится неприятным, непереносимым.
2.1.2. Привыкание (габитуация) – это не только самая простая, но,
вероятно, и самая распространенная форма обучения человека и животных,
заключающаяся в постепенном исчезновении ориентировочного рефлекса
на раздражители, не несущие никакой новизны и не имеющие значения для
организма; это позволяет сосредоточить внимание на более важных вещах.
Таким образом, процесс привыкания является «негативным научением».
Если спросить у студента, выходящего после занятий из учебного
кабинета, какие там есть наглядные пособия, таблицы, он не всегда вспомнит, т. к. он привык их видеть каждый день, они утратили для него сигнальное значение.
Привыкание всегда специфично в отношении стимула: если человек
не замечает уличного шума, то он проснется либо от неожиданного звука
на его фоне, либо от внезапно наступившей тишины. В основе привыкания
лежит снижение выделения медиаторов в синапсах сенсорных систем.
Установлена тесная связь между сенситизацией и привыканием, которые рассматриваются в качестве двух независимых процессов. В ходе неоднократного предъявления раздражителей отмечено первоначальное усиление ответов (сенситизация) с последующим их подавлением (привыкание).
2.1.3. Импринтинг – запечатление в памяти новорожденного окружающей действительности, формирующееся в раннем чувствительном периоде жизни (от 6–8 часов до 4–5 дней). Другими словами, это процесс необратимого следообразования в нервной системе, т. к. связь с запечатленным стимулом сохраняется в памяти на всю жизнь. Так, у «отказных» детей очень часто оказываются депривированы родительские чувства по отношению к собственным детям.
Рефлексы, формирующиеся после однократного действия стимула, ряд
исследователей выделяет в особую разновидность высшей нервной деятельности, представляя их «одномоментной» формой обучения; она возможна и у
взрослых особей в условиях ярко выраженной эмоциональной реакции.
2.1.4. Подражание (имитация) – одна из форм такого обучения, позволяющая приобретать навыки приспособительного поведения. Богатством подражательных реакций (голосовых, мимико-жестикулярных) отличается поведение ребенка уже на первом году жизни.
Пассивное обучение специфично по отношению к раздражителю и
ситуации, поэтому его еще называют стимулзависимым.
2.2. Активное, ассоциативное (факультативное) обучение. В основе его лежит образование временной связи, в результате формируется
система нейронов (центров), называемая ассоциацией, а в результате ассоциации – связывание воедино ответной реакции на несколько стимулов.
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Если вы почувствовали запах яблок, то у вас обычно возникает представление о яблоке в целом (его форме, цвете, вкусе и т. д.). Несколько слов
знакомого стихотворения восстанавливают в памяти целое четверостишие.
Так можно убедиться в наличии ассоциаций. Выработка условных рефлексов – тоже образование ассоциации (временной связи).
Когнитивное обучение основано на извлечении законов связей между
компонентами среды, в результате чего становятся возможными вероятностное прогнозирование событий и построение программы адаптивного поведения в новых, внезапно сложившихся ситуациях, высшая форма научения.
Под вероятностным прогнозированием понимают предвосхищение
будущего, основанное на вероятной структуре прошлого опыта и информации о наличной ситуации. Например, когда человек переходит улицу, он
прогнозирует ситуацию на проезжей части и интервал времени для безопасного пересечения дороги. Студент на экзамене, срочно оценивая ситуацию, выбирает преподавателя, последовательность ответов на вопросы и
прочее для получения лучшей оценки.
3. Память
Память – это процесс запечатления и сохранения того, что мы прежде восприняли, воспроизведения и узнавания того, что было раньше в нашем опыте, а также забывания того, в чем нет необходимости в какие-то
моменты нашей жизни. Последнее положение о забывании как функции
памяти может показаться парадоксальным. На деле оно необходимо для
того, чтобы можно было привести в действие то, что существенно для нашей сегодняшней деятельности. Не случайно в народной речи слово запамятовал означает «забыл».
3.1. Виды памяти. Биологическая память может быть генетической
(наследственной) и фенотипической. Как наследуемые, так и приобретаемые в процессе индивидуального развития формы памяти могут быть донервными (иммунитет) и нервными (безусловные рефлексы, инстинкты,
психонервная память).
У человека процессы психонервной памяти проявляются в нескольких
формах: двигательной, эмоциональной, образной и словесно-логической.
Двигательная память обнаруживается очень рано. Это прежде всего
память на позу, положение тела. Двигательная память лежит в основе профессиональных и спортивных навыков, танцевальных фигур и бесчисленных автоматических навыков вроде привычки, переходя улицу, смотреть
сначала налево, а потом направо.
Эмоциональная память определяет воспроизведение определенного
чувственного состояния при повторном воздействии той ситуации, в кото130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рой данное эмоциональное состояние возникло впервые. Особенности этой
памяти – в быстроте формирования следов, особой их прочности и непроизвольности воспроизведения. Эмоциональная память имеется уже у шестимесячного ребенка. На ней основываются осторожность, симпатии и антипатии, а также первичное чувство узнавания («знакомое» и «чужое»). Сильные, эмоционально окрашенные впечатления человек хранит дольше всего.
Напротив, скучная, серая информация трудно запоминается и быстро стирается в памяти. Эмоциональная память отличается тем, что почти никогда не
сопровождается отношением к ожившему чувству как к воспоминанию ранее пережитого. Так, человек, напуганный или искусанный в детстве собакой, пугается затем при каждой встрече с собакой, но не осознает, с чем связано это чувство. Произвольное воспроизведение чувств почти невозможно.
Образная память оперирует в основном представлениями и подразделяется на зрительную, слуховую, вкусовую, обонятельную и т. д. Образная память обычно ярче проявляется у детей и подростков. У взрослых
людей ведущей формой памяти, как правило, является не образная, а словесно-логическая.
Словесно-логическая память формируется в процессе индивидуального развития вслед за образной, оперирует понятиями и является высшей.
Одной отличительной чертой её является точность воспроизведения, другой (и в этом её преимущество перед образной памятью) – значительно
бóльшая зависимость от воли. Воспроизвести зрительный образ не всегда в
нашей власти, в то время как повторить фразу значительно проще.
3.2. Стадии и механизмы запоминания. Процессы памяти человека
проходят по крайней мере четыре стадии.
3.2.1. Сенсорная (мгновенная) память связана с удержанием образа
предмета, воспринимаемого органами чувств. Во время этой стадии непрерывный поток сигналов организуется в отдельные информационные единицы (через гностические нейроны), часть которых получает доступ (ввод) в
долговременную память, где она сохраняется неопределенно длительное
время. Остальная информация из сенсорной памяти устраняется путем
спонтанного разрушения или «стирания» при поступлении новой. Физиологическая основа сенсорной памяти – следовые потенциалы рецепторных
клеток различных сенсорных систем, поэтому длительность сохранения
следов в сенсорной памяти составляет 0,1–0,5 с. Главной её особенностью
является относительно неограниченная ёмкость. Это обеспечивает возможность эффективного функционирования других видов памяти путем выбора,
фиксации и переработки наиболее важной для организма информации.
Судьба отобранного для хранения материала определяется его характером.
3.2.2. Вербальная (речевая) информация передается в первичную
(кратковременную) память – систему хранения (на период в несколько
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
секунд) с ограниченной ёмкостью. Одной из гипотез о механизме кратковременной памяти является гипотеза реверберации. Вполне допустимо, что
по замкнутым нейронным цепям мозга может осуществляться циркуляция
импульсной активности в течение некоторого времени. Многие особенности поведения человека связаны с малой ёмкостью кратковременной памяти. Даже такая простая задача, как запоминание номера телефона, перенапрягает память большинства людей – они вынуждены, набирая номер, обращаться к записной книжке. По этой же причине мы несколько раз обращаемся к словарю для перевода одного и того же слова, встретившегося
несколько раз в иностранном тексте. Вербальный материал требует более
длительной «активации», повторения и, лишь пройдя повторные циклы
через первичную память, поступает во вторичное хранилище.
3.2.3. Невербальная информация из сенсорной памяти поступает непосредственно во вторичную (промежуточную) память, где она может храниться от нескольких минут до нескольких лет. Вероятность забывания информации становится меньше, т. е. начинаются процессы консолидации (упрочения) памяти, связанные с пластическими процессами в синаптическом
аппарате. Под пластичностью синапса подразумевается длительное изменение свойств, влияющих на передачу сигнала. В основе мембранных процессов постсинаптической пластичности лежит изменение чувствительности и
количества рецепторного белка. Изменение чувствительности рецепторного
белка происходит под действием нейромедиатора, который переводит белок
из неактивной формы в активную. Длительное сохранение таких изменений
приводит к тому, что следующая порция медиатора окажет более сильное
(или слабое) воздействие на проводимость постсинаптической мембраны
нейрона, его возбудимость и дальнейшие биохимические преобразования в
самой соме нейрона. Существенным фактором в организации вторичной памяти является значимость информации для индивидуума.
Переход от кратковременной к долговременной памяти – это преобразование процесса получения информации в процесс её сохранения. Этот перенос
следов, формирующихся в кратковременной памяти, на длительное хранение
занимает от 15 минут до 1 часа и называется периодом консолидации.
Существует предположение, что очищение регистра памяти происходит во время сна, когда кратковременная память не занята поступающей
внешней информацией. Обработка и перевод информации из промежуточной в долговременную память происходит в два этапа. Первый этап – логическая обработка информации (происходит в период дельта-сна). Второй
этап – ввод обработанной информации в долговременную память (осуществляется в период быстрого сна, когда на ЭЭГ появляется активность, соответствующая состоянию бодрствования).
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2.4. Наиболее прочное удержание информации обеспечивает третичная (долговременная) память. Информация в долговременной памяти может сохраняться годами, а иногда на протяжении всей жизни. Синаптические механизмы консолидации на этой стадии подкрепляются цитоплазматическими белковыми изменениями в самом нейроне, что было
впервые доказано шведским ученым Х. Хиденом (1943). В процессе запоминания усиливается синтез рибонуклеиновых кислот (РНК) и «белков
памяти» (S-100, 14-3-2, GP-350). Введение животному антисыворотки к
белку S-100 нарушает процесс обучения (Х. Хиден, 1979).
Возможность переноса некоторых навыков от обученных животных к
необученным свидетельствует о существовании достаточно отчетливых и
устойчивых химических механизмов долговременной памяти. Одной из мировых сенсаций были результаты опытов американского ученого МакКоннела (1961). Обучив планарий навыкам избегания ударов электрического
тока, он осуществил «транспорт памяти»: накормив этими планариями других животных этого же вида, ученый отметил у них ускорение развития защитных навыков. Наибольший резонанс в дискуссии о природе памяти получила в 70-е гг. гипотеза Г. Унгара, основанная на фактах накопления в
мозге особого пептида, кодирующего страх темноты и способного транспортировать этот страх от животных обученных – доноров к необученным –
реципиентам. Этот пептид – скотофобин (от греч. – «боязнь темноты») был
синтезирован и использовался в различных лабораториях для проверки способности переноса химическим путем определенной информации. Было установлено, что скотофобин, действительно, вызывает стрессовую реакцию у
животных, когда они находятся в темноте.
Ускорение синтеза РНК способствует повышению обучаемости животных и человека. Профессор Камерон (США) успешно использовал препарат РНК для лечения нарушений памяти у пожилых людей. Одна 80летняя дама, не помнившая своего имени и много раз в день задававшая
один и тот же вопрос, после такого лечения снова приобрела возможность
вести нормальный разговор.
В роли модуляторов синаптических процессов, с которыми связана
память, выступают различные нейропептиды (вещество Р, нейротензин,
вазопрессин и др.). Они могут непосредственно или через систему вторичных посредников (циклических нуклеотидов, ионов кальция) действовать
на ядерную ДНК и РНК нейронов. Для обеспечения и устойчивости долговременной памяти должен поддерживаться синтез каждого специфического нейропептида. Нейропептиды обнаруживаются в окончаниях аксонов
нейронов одновременно с медиаторами, образуя нейропептид-спутник. Он
очень стабилен, облегчает проведение возбуждения через синапс, усиливает действие медиатора.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Медиатор ацетилхолин обеспечивает информационный, а норадреналин – мотивационный и эмоциональный компоненты памяти. Энкефалины и вазопрессин улучшают запоминание. Сегодня известны и «амнестические модуляторы», участвующие в процессах забывания, – окситоцин и
бета-эндорфин. Их роль, очевидно, состоит в предупреждении запоминания ненужной, в частности, неприятной информации.
Структурные изменения, связанные с памятью, прежде всего, развиваются в синапсах коры больших полушарий. Процессы запоминания сопровождаются утолщением осевых цилиндров и увеличением в них числа
нейрофибрилл. Формируются новые пресинаптические структуры, уменьшается ширина синаптической щели, наблюдается массовое развитие шипиков. Повышается число глионов, окружающих нервную клетку, что способствует миелинизации нервных волокон.
Однако и то, что хорошо запомнилось, может через какое-то время
исчезнуть из памяти, если оно не повторялось. «Повторение – мать учения», – гласит народная пословица. Артисту, неоднократно исполняющему
одну и ту же роль, все же необходимо перед спектаклем повторить текст во
избежание «осечки» в момент выступления.
Кроме забывания на время, может быть и более прочное забывание.
Оно происходит и при отсутствии повторений, и вследствие утраты мозгом, особенно в старческом возрасте, его драгоценного свойства – пластичности. При этом наблюдается парадоксальное явление: события большой давности всплывают в памяти довольно отчетливо, а недавно прошедшие не запоминаются.
Таким образом, процессы кратковременной памяти, временная последовательность активности задействованных нервных элементов преобразуются в структурно-пространственную матрицу. Поэтому долговременная
память сама по себе, вне момента ее образования и использования, представляется не процессом, а структурой (с многоуровневым пространственным распределением). В этом причина ее устойчивости к многочисленным
внешним воздействиям, и в этом ее существенное отличие от сенсорной и
кратковременной форм памяти, которые, по сути, являются процессами.
В настоящее время существует гипотеза нейрогенеза долговременной памяти. Сущность её состоит в образовании новых нейронов в специфических областях мозга (в частности, в гиппокампе) из недифференцированных стволовых клеток под влиянием сигналов новизны. В дальнейшем
эти нейроны могут мигрировать и образуют множество новых синапсов,
превращаясь в «гностическую единицу» долговременной памяти, которая
может сохраняться на всю жизнь.
Поэтому получение новой информации весьма полезно для процессов нейрогенеза. Доказано, что получение высшего образования отрица134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельно коррелирует с риском развития деменции от болезней Альцгеймера
или Паркинсона.
О том, что долговременная память отличается по своей природе от
кратковременной, говорят и клинические наблюдения. В одних случаях
больные совершенно не могут усваивать новые сведения, но старые помнят хорошо (антероградная амнезия). У таких больных (часто – хронических алкоголиков) третичная память почти не нарушена, первичная также
«работает». В то же время исчезает способность передавать информацию
из кратковременной в долговременную память. В других случаях больные
помнят недавние события, но совершенно не могут сказать, что было с ними до заболевания (ретроградная амнезия). Хорошо известны такие её
причины, как сотрясение и отек мозга, приводящие к «расхождению» преи постсинаптических мембран. При этом «стирается» содержание первичной памяти, затрудняется доступ к информации из вторичной памяти. Чем
тяжелее воздействие, тем более давние события забываются.
Однако наблюдения однотипных влияний ряда воздействий на краткои долговременную память заставляют считать, что в их природе намного
больше общего, чем различного. Их следует рассматривать как последовательные этапы единого механизма усвоения, фиксации и упрочения следовых
процессов в нервных структурах под влиянием повторяющихся сигналов.
Пространственная организация памяти связана со многими структурами мозга. Прежде всего – это гиппокамп и миндалина, а также связанные
с ними мозжечок и кора больших полушарий, специфические и неспецифические ядра таламуса. Роль этих структур была выявлена в экспериментах
на животных и при различных травматических повреждениях у человека.
Лобная область коры больших полушарий считается главной «участницей» кратковременной памяти, гиппокамп – промежуточной, височные
доли – долговременной. Больные с тяжелыми двусторонними поражениями гиппокампа не могли обучаться, не могли хранить в памяти то, что узнавали, не способны были вспомнить имя или лицо человека, которого
только что видели. Память о событиях, происходивших до болезни или
травмы, полностью сохранялась. Люди с поврежденной височной долей
живут только в настоящем времени, у них нет прошлого. Поражения ядер
таламуса, нейронов лобной коры и мозжечка приводят к невозможности
усвоения нового материала; память же на события, предшествующие травме, полностью сохраняется.
Память – основное условие психической жизни, краеугольный камень психического развития (И. М. Сеченов).
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 17. Торможение в коре больших полушарий.
Биоритмы. Сознание и его уровни. Сон
Мы спим, но ткацкий станок жизни никогда не останавливается. Он продолжает плести свой узор и на вечерней
заре, и утром, и когда встает солнце.
Генри У. Бичер
Основа всей жизни человека –
ритм, данный каждому его природой…
К. Станиславский
1. Виды коркового торможения
В процессе жизнедеятельности животных и человека происходит постоянная смена репертуара приобретенных реакций. Одни условные рефлексы закрепляются, другие устраняются, одни рефлексы сменяют другие.
Успех индивидуальной адаптации организма к разнообразным условиям
жизни зависит от сложных взаимоотношений между процессами возбуждения и торможения в головном мозге.
И. П. Павлов установил, что существует два вида торможения – безусловное и условное.
1.1. Безусловное (врожденное) торможение присуще организму от
рождения. В зависимости от причин, лежащих в его основе, различают
следующие виды безусловного торможения:
1.1.1. Запредельное, или охранительное торможение возникает в
ответ на очень сильные раздражители, требующие от организма действий,
превышающих его возможности, а от нервных клеток – реакций, превышающих предел их работоспособности. Например, водитель иногда может
«бросить руль» в момент экстремальной ситуации, сложившейся на дороге, вместо того, чтобы принять быстро правильное решение и действовать.
Охранительным это торможение называется потому, что оно предохраняет
нейроны от истощения. Временно выключая активность нервных клеток,
оно создает условия для восстановления их нормальной возбудимости и
работоспособности.
Механизм запредельного торможения, по-видимому, включает развитие пессимума, стойкой деполяризации нейрональных мембран.
1.1.2. Внешнее торможение есть процесс экстренного ослабления
или прекращения отдельных поведенческих реакций при действии посторонних раздражителей. Ребенку дали суп, он с аппетитом начал его есть,
но тут включили телевизор, и ребенок застыл с поднятой ложкой. Про-
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
изошло внешнее торможение: сильное возбуждение зрительных центров
затормозило пищевой центр.
В большинстве случаев посторонние стимулы вызывают ориентировочную реакцию, что соответственно приводит к прекращению текущей
поведенческой деятельности организма. Внешнее торможение развивается
тем легче и является тем более сильным, чем сильнее посторонний раздражитель и чем менее прочен условный рефлекс. Случаи внешнего торможения условнорефлекторной деятельности в условиях естественной
жизни встречаются достаточно часто, например, снижение активности и
нерешительность действий в новой, необычной обстановке.
При длительном или повторном действии стимула или его узнавании
происходит угасание ориентировочного рефлекса, что выражается в нивелировании тормозного состояния и в восстановлении исходного уровня условнорефлекторной деятельности (гаснущее торможение). Например, при первой яркой вспышке за окном мы на мгновение отвлекаемся от просмотра телевизора, чтобы выяснить, что случилось, но в дальнейшем продолжающаяся
гроза перестает быть тормозом. Постоянное торможение развивается при
действии биологически особо важных стимулов, к действию которых невозможно привыкнуть, – пищевого, полового, болевого. Примером может быть
сюжет басни И. С. Крылова: «… Вдруг сырный дух лису остановил…».
Механизм внешнего торможения можно связать с формированием
новой доминанты и активностью тормозных нейронов. Доминантный очаг
создается вне «дуги» условного рефлекса текущей деятельности; поэтому
торможение и было названо внешним. Биологическая роль такого торможения состоит в том, что оно обеспечивает переключение организма на
более важную деятельность.
1.2. Условное (приобретенное) торможение нередко называют
внутренним, поскольку причиной его является обратимое нарушение
функционирования временной связи (внутренней связи между условным
сигналом и тем биологически важным событием, о котором предупреждает
сигнал). Условное торможение вырабатывается в процессе обучения, воспитания, опыта. В зависимости от особенностей неподкрепления различают четыре вида условного торможения.
1.2.1. Угасательное торможение возникает в случае, когда условный
стимул не подкрепляется безусловным (когда сигнал перестает соответствовать тому, о чем он сигнализировал). Часто летом при отключении горячей
воды мы некоторое время еще открываем кран, но не получаем подкрепления (воды нет); рефлекс угасает. Это позволяет приспособиться к изменившимся условиям и устранить ненужную (бесполезную) деятельность.
1.2.2. Запаздывательное торможение возникает в том случае, когда
подкрепление дается с опозданием. Выражается такое торможение в отсутствии условнорефлекторной реакции в начале действия условного раздражителя и появлении её после некоторой задержки (запаздывания). Запаз137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дывательное торможение можно наблюдать у кошки, которая подстерегает
мышь или птичку. Кошка может сидеть неподвижно многие минуты и даже часы. Появление грызуна не вызывает у кошки немедленной реакции.
Она задерживается до более удобного момента. Условный рефлекс становится более точным, приурочиваясь к нужному моменту при отдаленном
условном сигнале. У человека такой вид торможения делает деятельность
более экономной. Так, например, если преподаватель несколько раз подряд
опаздывает в класс к началу урока, ученики тоже порою начинают приходить позже, позволяя себе поспать утром лишние 10–15 минут.
1.2.3. Дифференцировочное торможение формируется при действии раздражителей, похожих на условный сигнал, но не связанных с событиями, о которых предупреждает этот сигнал. Дифференцировочное торможение позволяет находить разницу между сходными предметами. Конечно, сильно разнящиеся объекты обычно различаются сразу, благодаря
безусловному ориентировочному рефлексу. Отличить бас от сопрано или
определить, какая гласная буква пишется под ударением, можно без всякой
тренировки. Но человек специально обучается распознавать безударные
гласные, близкие ноты и интервалы между ними. Ошибочные действия
при тренировках не подкрепляются: за них снижаются оценки. Данный вид
торможения обеспечивает жизненно важное различение, дифференцировку
раздражителей по их сигнальному значению.
1.2.4. Условный тормоз развивается в том случае, если условный
сигнал в сочетании с каким-либо дополнительным раздражителем не подкрепляется, а действие одного условного стимула подкрепляется. Вскоре
условный стимул в комбинации с дополнительным перестает вызывать условную реакцию, т. к. дополнительный раздражитель приобретает свойство тормозного сигнала (условного тормоза). Так, например, когда в соседней комнате раздается телефонный звонок, то ваша реакция может быть
различной: 1) пойдете ответить на него, если вы в настоящее время дома
одни, или 2) будете продолжать спокойно читать, если кто-то из родственников в это время находится около телефона.
Условное торможение вырабатывается поэтапно. Стадия генерализации предполагает наличие избыточных реакций («пуганая ворона и куста
боится», «обжегшись на молоке, дуешь на холодную воду»), что связано с
развитием иррадиации возбуждения из центра условного стимула на другие центры данной сенсорной зоны. Стадия специализации характеризуется тонким различением стимулов, дифференцировкой, специализацией условнорефлекторного навыка.
Все виды условного торможения имеют огромное биологическое
значение. Если сигнал потерял свою значимость, то условный рефлекс становится лишним, это торможение лежит в основе выдержки. Мы с детства,
а затем и в зрелом возрасте постоянно учимся удерживать себя от ненужных слов и поступков.
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Ритмы физиологических функций
Человеческая жизнь – непрерывная цепь состояний, постоянно сменяющих друг друга. Ритмичность физиологических функций является одной из эффективных форм приспособления организма к внешней среде.
Биоритмы – это регулярные количественные и связанные с ними качественные изменения биологических процессов, происходящие на разных
уровнях организации живого: молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционно-биосферном.
2.1. Классификация биоритмов.
Биологические ритмы различной продолжительности циклов характерны практически для всех функций организма:
1) микроритмы, или ритмы высокой частоты (с периодом менее
0,5 часа, например, ритмы дыхания и деятельности сердца);
2) ритмы средней частоты (с периодом от 0,5 часа до 6 дней, например, суточные ритмы секреции гормонов и колебаний температуры тела);
3) макроритмы, или ритмы низкой частоты (с периодом до 1 года –
недельные, месячные, годичные, например, сезонные изменения иммунологического статуса и свойств крови);
4) мегаритмы (многолетние, например, 11-летние циклы изменений
системы гемостаза в годы увеличения солнечной активности).
В плане взаимодействия организма и внешней среды выделяют два
типа биологических ритмов – адаптивные (или собственно биоритмы),
обеспечивающие приспособление организма к периодическим изменениям
условий внешней среды, и рабочие (функциональные), отражающие текущую деятельность физиологических систем организма. К адаптивным
можно отнести все околосуточные ритмы; к рабочим – периодичность сокращений сердца, импульсации нейронов и др.
2.2. Природа биоритмов. Десинхронозы. «Биологические часы»,
запускающие и поддерживающие биологические ритмы, могут быть экзогенной (изменения освещенности, внешней температуры и т. д.) и эндогенной природы (датчики времени в специализированных клетках гипоталамуса, эпифиза и других клетках организма). О наличии собственных
(внутренних) часов свидетельствуют результаты наблюдений М. Сифра,
проведенных в условиях изоляции от внешних датчиков времени (он провел 205 дней в пещере на глубине 30 м в комфортных для жизни условиях).
При этом он ложился спать и вставал приблизительно в один и тот же час,
ошибаясь не более чем на 30 минут.
Распространенной является гипотеза хронона о природе эндогенных
биологических часов, которая предполагает генетическую обусловленность отсчета времени организмом. В качестве клеточных часов она рассматривает механизм белкового синтеза, исходя из того, что для транскрипции всего цикла белка необходимо около 24 часов. Несмотря на то,
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
что проблема эндогенных биологических часов полностью не решена, сам
факт их существования сомнения не вызывает. Так, при пересадке сердца у
животных отмечено сохранение в трансплантате суточных ритмов, присущих организму донора и отличных от ритмов реципиента. Инкубированные срезы надпочечников сохраняют in vitro суточные ритмы секреции
кортикостероидов.
Однако биоритмы относительно неустойчивы. При действии различных факторов (перемещения на большие расстояния, посменная работа,
развитие стрессовой реакции) могут наблюдаться десинхронозы. Десинхронозом называются нарушения согласования внешних (природных, социальных) и внутренних биологических ритмов, а также рассогласование
различных внутренних биологических ритмов между собой.
По типу организации суточных ритмов люди делятся на «жаворонков», «сов» и «аритмиков». «Жаворонки» (их число достигает 40 %) характеризуются более высокой работоспособностью в утреннее время, ложатся
спать и встают в среднем на 1,5–2 часа раньше «сов». У «сов» (их число
составляет примерно 30 %) работоспособность сравнительно более высока
вечером и ночью. Сон людей вечернего типа отличается большей гибкостью структуры, в связи с этим они лучше адаптируются к различным социальным перегрузкам, у них реже развиваются десинхронозы. Вероятно,
это связано с различной суточной экскрецией адаптивных гормонов и медиаторов (адреналина, дофамина и др.) у «сов» и «жаворонков».
Устойчивость, или резистентность организма к действию неблагоприятных факторов и развитию патологии также подчиняется биологическим ритмам. Так, наименьший порог болевой чувствительности выявляется с 18 до 24 часов, наибольший – в 5 часов, поэтому целесообразно посещать стоматолога, например, в утренние часы. Наименьшая токсическая
доза этилового спирта выявляется с 20 до 24 часов, отсюда следует, что
наиболее опасны для организма именно вечерние застолья. Смертность в
условиях ночных хирургических операций в три раза больше, чем при
дневных. Язвенная болезнь обычно обостряется весной и осенью; приступы стенокардии чаще развиваются в период с 3 до 8 часов.
Среди годичных ритмов наименее изученными являются индивидуальногодичные: индивидуальный годичный цикл не зависит от календарного года и начинается от даты рождения. «Зоной риска» индивидуального года можно считать его IV-й триместр, т. е. X–XII-й месяцы от даты рождения, когда возрастает риск оперативных вмешательств, число осложнений и
смертность от различных, в том числе сердечно-сосудистых, заболеваний.
Работами сотрудников нашей кафедры (Н. А. Барбараш, М. В. Чичиленко,
И. Ю. Прокашко) показано, что у студентов в конце индивидуального года
увеличивается стресстреактивность, снижается уровень здоровья, и у девушек повышаются творческие способности.
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В течение суток меняются и функциональные состояния человека соответственно чередованию фаз «бодрствование – сон». Эти полярные функциональные состояния отражают также и различные уровни сознания человека.
3. Сознание и его уровни
Сознание человека – это способность отделения себя («Я») от других людей и окружающей среды («не Я»), адекватного отражения действительности и возможность регуляции отношений с окружающей средой.
И. П. Павлов образно представлял сознание как перемещающуюся по
коре зону повышенной возбудимости – «светлое пятно сознания» на темном
фоне остальной коры. В настоящее время, согласно данным, полученным с
использованием метода позитронно-эмиссионной томографии, зона локальной активации, действительно, имеет вид светлого пятна на темном фоне.
П. В. Симоновым отмечена коммуникативная роль сознания. Осознать – значит получить возможность сообщить, передать свое знание другому. А все то, что не может быть сообщено людям, – неосознаваемо.
Неосознаваемые психические процессы охватывают обширную сферу явлений. П. В. Симонов предложил выделять среди них по крайней мере две группы. Первая группа – подсознание. К ней принадлежит то, что
ранее уже было осознано и вновь может стать осознаваемым в определенных условиях. Это различные автоматизированные навыки, глубоко усвоенные человеком нормы поведения, мотивационные конфликты, вытесненные из сферы сознания. Подсознание предохраняет человека от излишних энергетических трат, защищает от стресса.
Другая группа неосознаваемых психических явлений – сверхсознание, или интуиция – связана с процессами творчества, которые не контролируются сознанием. Сверхсознание – источник новой информации, гипотез, открытий. Его нейрофизиологическая основа – трансформация следов
памяти и порождение из них новых комбинаций, создание новых временных связей, порождение аналогий. За сознанием остается отбор гипотез на
основе их логического анализа. Направление развития сверхсознания определяется доминирующей потребностью. Сверхсознание играет важнейшую роль в появлении научных открытий и создании художественных
произведений, шедевров искусств.
Две трети жизни человек проводит в бодрствующем состоянии, связанном с осмысленной деятельностью. Вместе с тем уровень бодрствования (ясности сознания) может быть различным. Следовательно, бодрствование кроме содержательной стороны имеет и определенную количественную характеристику.
Интенсивность бодрствования определяется изменением активности
специфического нервного аппарата, расположенного в стволовых отделах
мозга, – ретикулярной формации. Характерно, что эти нервные структуры
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ответственны и за пробуждение спящего организма. Повышение тонуса ретикулярной формации приводит к нарастанию интенсивности бодрствования.
Между сном и крайним возбуждением существует непрерывный ряд
изменений уровня бодрствования и активации нервных центров.
Бодрствование здорового человека может включать несколько уровней (Д. Линдсли, 1960):
1) напряженное бодрствование – состояние повышенной психической активности и внимания, память улучшена или ухудшена (радость,
восхищение, эйфория, экстаз, страх, гнев и др.);
2) бодрствование – состояние средней, оптимальной психической активности, внимания и памяти (спокойствие, созерцание, размышление и др.);
3) расслабленное бодрствование – состояние пониженной психической активности, сниженного внимания и плохой памяти (переутомление,
грусть, страдание и др.);
4) состояние измененного сознания и селективного внимания, торможение органов чувств (гипноз, транс, медитация, нирвана).
Первые 2–3 состояния могут несколько раз чередоваться в период
бодрствования, формируя примерно 1,5-часовые циклы.
Переход от бодрствования ко сну – это особое состояние, которое
осуществляется через ряд гипнотических фаз, выделенных и описанных
И. П. Павловым как уравнительная, парадоксальная, ультрапарадоксальная
и наркотическая. Гипнотические фазы просоночного состояния различают
по величине условных рефлексов на сильные и слабые, положительные и
отрицательные условные раздражители.
В уравнительной фазе сильные и слабые стимулы вызывают одинаковые условные ответы. Парадоксальная фаза характеризуется более глубоким сном. В этой фазе слабые раздражители вызывают более интенсивный ответ, чем сильные. Ультрапарадоксальная фаза означает еще более
глубокий сон, когда ответ вызывают только слабые стимулы, а сильные
приводят к еще большему распространению торможения. За этими тремя
фазами следует глубокий сон.
Наконец, сон тоже связан с чередованием фаз:
1) «медленный» сон с полным отсутствием сознания (60–90 мин.);
2) «быстрый» сон со значительно сниженным уровнем сознания и
сновидениями (5–30 мин.).
4. Сон
Практически третью часть своей жизни человек проводит в состоянии сна,
ежесуточный физиологический сон – одна из основных потребностей организма.
Сон – специфическое состояние мозга и организма в целом, характеризующееся существенной обездвиженностью, почти полным отсутствием
реакций на внешние раздражители, фазными изменениями электрической
активности мозга и сомато-вегетативных реакций.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.1. Виды и структура сна. В зависимости от происхождения выделяют три вида сна:
1) естественный – суточный периодический у человека и животных
и сезонный периодический у животных;
2) искусственный – наркотический и гипнотический;
3) патологический – при поражении структур мозга, например,
«сонный энцефалит» и летаргический сон.
Фаза медленного сна (ФМС) развивается на фоне относительно высокого мышечного тонуса. При этом могут наблюдаться клонические подергивания конечностей и шеи. Во время медленного сна на ЭЭГ появляются синхронизированные медленные волны. Повышается активность парасимпатической нервной системы – преобладают трофотропные реакции
организма (уменьшение частоты дыхания и сокращений сердца, снижение
артериального давления).
Во время медленного сна имеет место своеобразная психическая активность. На это указывают приступы сомнамбулизма, которые возникают
только во время МС.
Во время фазы быстрого сна (ФБС) физиологические функции, наоборот, активизируются, наблюдается преобладание эрготропных реакций, связанное с повышением тонуса симпатической нервной системы. В этой фазе
учащаются дыхание и циклы работы сердца, повышается двигательная активность спящего, наблюдаются быстрые движения глазных яблок. Несмотря
на относительно большую активацию физиологических функций в быстром
сне, мышцы тела в этот период бывают расслабленными и разбудить спящего
бывает значительно труднее. Таким образом, быстрый сон, с одной стороны,
является более глубоким по сравнению с медленным, (о чем свидетельствует
высокий порог пробуждения), а с другой, судя по преобладанию тонуса симпатической нервной системы, – более активным физиологическим состоянием. Поэтому он и получил название парадоксального сна (ПС).
ЭЭГ парадоксального сна сходна с ЭЭГ бодрствования. Как правило,
во время быстрого сна наблюдается десинхронизация электрической активности мозга. Это позволяет некоторым исследователям говорить о ПС
как об аналоге бодрствования с тем лишь различием, что при ПС возникает
атония скелетных мышц и резко снижается активность сенсорных входов.
Естественный сон характеризуется циклической сменой медленного
и быстрого сна. Полный цикл, состоящий из смены медленного сна на быстрый с последующим возвращением к медленному, у человека занимает
60–90 мин. У здоровых людей за ночь имеют место 4–6 полных циклов
(ФМС + ФБС). Сон всегда начинается с ФМС; в течение ночи – от первого
цикла до последнего – снижается глубина ФМС и возрастает продолжительность ФБС.
На быстрый сон у взрослого человека приходится 20–25 % от общей
продолжительности сна. У детей до 2 лет на долю ФБС приходится 30–
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40 %, у новорожденных – более половины, у недоношенных детей – еще
больше. Предполагают, что доминирование ФБС в детском возрасте способствует созреванию нервных элементов и формированию нервных связей, что достигается, в частности, за счет высокого уровня активности ретикулярной системы.
Увеличение длительности ФБС во второй половине ночи объясняется тем, что во время ФМС изменяется газовый состав крови: происходят
постепенное снижение насыщения крови кислородом и повышение содержания СО2. Во время ФБС увеличиваются ЧСС и ЧД, что способствует
увеличению поступления в кровь кислорода и удалению углекислого газа.
Таким образом, ФБС можно рассматривать как своеобразный клапан, предохраняющий головной мозг от развивающегося во время ФМС недостатка кислорода и избытка двуокиси углерода.
По Е. Хартману, люди, мало спящие, хорошо приспособлены к жизни,
склонны к игнорированию психологических проблем. Долго спящие обременены психологическими и социальными конфликтами и более разносторонни в своих интересах. Предполагают, что потребность в медленном сне
относительно стабильна для всех здоровых, а потребность в быстром сне
связана с личностью индивида и стилем жизни. Исследования показали, что
продолжительность сна бывает различной в зависимости от типа высшей
нервной деятельности человека и его возраста. Люди мыслительного и смешанного типов нуждаются в более продолжительном сне, чем «художники».
4.2. Механизмы развития сна. Первые попытки объяснить нейрофизиологические механизмы развития сна разделили исследователей на сторонников гуморальной и нервной; «пассивной» и «активной» теорий сна.
Наиболее ранними теориями сна были гуморальные, связывающие
развитие сна с накоплением в крови особых веществ, названных гипнотоксинами. В 60-е гг. ХХ в. М. Монье выделил из сыворотки крови спящего
кролика «гипногенное» вещество (пептид дельта-сна), введение которого
другому животному вызывает у него развитие сна. Этой теории, однако,
противоречит факт раздельного сна у сросшихся близнецов.
Основателем нервной теории сна был И. П. Павлов. Он выделял два
механизма развития сна. С одной стороны, сон возникает активно, в результате иррадиации внутреннего торможения по коре была выявлена условнорефлекторная природа сна; с другой, сон возникает пассивно вследствие ограничения притока к мозгу информации от органов чувств.
Интеграцией двух вариантов «нервных» теорий явились представления академика П. К. Анохина о наличии двух реципрокно работающих
подсистем головного мозга: активирующей (десинхронизирующей) и тормозной (синхронизирующей). Их взаимоотношения определяются механизмами, локализованными, очевидно, в лобных долях коры больших полушарий. Десинхронизирующая структура – синее пятно ствола мозга, к
синхронизирующим структурам относят ядра шва продолговатого мозга,
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
моста и среднего мозга; преоптическую область гипоталамуса. Эти структуры играют критическую роль в развитии медленного сна. Разрушение
этих структур устраняет синхронизацию ЭЭГ и медленный сон.
В последние годы появились данные о медиаторных механизмах сна.
Недостаток в крови серотонина приводит к длительному бодрствованию,
увеличение концентрации серотонина – к засыпанию, а увеличение содержания норадреналина – к пробуждению. Медиаторы медленного сна – ацетилхолин и серотонин, медиатор быстрого сна – норадреналин.
Существует «температурная» гипотеза регуляции состояния «сон –
бодрствование». Американские физиологи под руководством профессора
Цейслера доказали, что внутренним сигналом для отхода ко сну служит понижение температуры тела, которая испытывает на протяжении суток циклиº
ческие колебания с размахом до 1,3 . Мы склонны засыпать при спаде, просыпаться – при подъеме температурной кривой. Доказательством взаимосвязи сна с температурным суточным ритмом является факт его нарушения
(апериодичность или сглаженность суточных колебаний температуры тела) у
больных с тяжелыми случаями бессонницы. Разумеется, управляет сном не
сама температура, это лишь внешнее проявление глубинных ритмов.
4.3. Значение сна. В целом современные люди спят на 20 % меньше,
чем 100 лет назад. Отмечено также, что при укорочении сна (менее 4 часов) и удлинении (более 10 часов в сутки) возрастает смертность.
Биологическая роль сна во многом представляет сегодня загадку.
Опыты М. Манассеиной (1894) показали, что щенки погибают от лишения
сна на 4–5-е сутки, взрослые собаки – на 10–12-й день. Для человека жизнь
без сна также может продолжаться не более 12 суток – значительно меньше, чем без воды и пищи. После лишения сна у человека обычно развивается феномен «отдачи», то есть более длительный сон. Это свидетельствует о важной гомеостатической и психостатической роли сна, по поводу которой существует несколько гипотез.
Основной ролью сна является экономия энергии и пластических веществ организма, обеспечивающая перестройку в работе органов и систем
организма, переход на качественно иные режимы работы.
В раннем постнатальном развитии человека помимо экономии энергии большое значение, по-видимому, приобретает охранительная роль сна,
которую подчеркивал И. П. Павлов: грудной ребенок большую часть времени суток спит, что позволяет уберечь еще не окрепший организм (учитывая недоразвитый опорно-двигательный аппарат) от травм и создать условия для быстрого созревания его ЦНС. Во время болезни большее значение, чем в обычное время, приобретает восстановительная функция сна,
что позволяет легче справиться с болезнью. Трофотропные реакции, развивающиеся во время медленного сна, способствуют накоплению в клетках коры больших полушарий белков и нуклеиновых кислот.
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В состоянии сна происходит очищение хранилища информации и
осуществляется пересмотр и обновление программы действий. Таким образом, сон – это специфическое активное состояние мозга, способствующее
полноценному использованию имеющегося опыта и приобретенной информации в интересах более совершенной адаптации организма в период бодрствования (адаптивное значение сна). Народная мудрость давно заметила
эту особенность и выразила ее в виде пословицы «утро вечера мудренее».
Психологи и психиатры считают, что сон, в частности, сновидения –
средство психологической защиты и гармонизации личности: люди, видящие сны, легче переживают конфликты. Полагают, что во время ФБС происходит освобождение организма от избыточной мотивационной энергии,
накопленной при бодрствовании, и тем самым сохраняется состояние равновесия. Сначала считалось, что сновидения связаны только с фазой быстрого сна. Однако более тщательное изучение показало, что возникновение
ночных кошмаров у детей и взрослых также связано с ФМС.
Доказана мнестическая роль сна. Хорошо известно, что заучивание
материала перед сном помогает лучше его запомнить. Запоминание улучшается главным образом после медленного сна. Заученный материал лучше воспроизводится после первой половины ночи, чем после второй, когда
преобладает быстрый сон. Однако позже было высказано предположение о
важности и ФБС для запоминания – в эту фазу запоминается преимущественно биологически значимый материал. Кроме того, во время быстрого
сна идут процессы реверсивного обучения, т. е. из памяти исключается вся
второстепенная информация, что предупреждает перегрузку мозга.
Творческая роль сна давно известна. Некоторые произведения
А. С. Пушкина, В. В. Маяковского, Л. ван Бетховена и других творческих
личностей связаны со сновидениями. Окончательный вариант своей периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеев увидел во
сне, многие математики получили во сне решение сложных задач. Видимо,
это и побудило У. Шекспира к заключению: «Сон – это чудо материприроды, вкуснейшее из блюд в земном пиру».
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 18. Аналитико-синтетическая
деятельность мозга.
Особенности психофизиологии человека.
Внушение и гипноз. Типы ВНД
Словом можно убить, словом можно спасти,
Словом можно полки за собой повести,
Словом можно продать, и предать, и купить,
Слово можно в разящий свинец перелить.
В. Шефнер
Людей неинтересных в мире нет.
Их судьбы – как истории планет.
У каждой всё особое, своё,
И нет планет, похожих на неё.
Е. Евтушенко
1. Анализ и синтез в процессах нервной деятельности
Аналитико-синтетическая деятельность – одна из основных функций
нервной системы. Анализ раздражителей (стимулов) – это их разделение,
сортировка на отдельные элементы, о чем можно судить по различиям реакций на эти элементы. Синтез – целостное восприятие нескольких стимулов,
при котором возникает единая, обобщенная реакция на эти стимулы. Оба эти
явления обеспечивают более тонкое приспособление организма к среде.
Различают низшие и высшие формы анализа и синтеза.
Низший анализ и синтез может осуществляться на периферическом
(рецепторы или органы чувств) и центральном (ЦНС) уровнях.
Периферический анализ стимулов происходит по критериям модальности раздражителей. Чаще это обеспечивается пространственным кодированием, в результате каждое событие, разложенное рецепторами на оптическое, химическое, механическое и другие составляющие, «входит в
мозг» разными путями. Периферический синтез проявляется в суммации,
адаптации – процессах, развертывающихся на уровне органов чувств.
Центральный низший анализ происходит по биологическому значению раздражителей и является врожденным, проявляется в специфических
врожденных рефлексах на различные стимулы – примерами могут быть
мигательный, слюноотделительный и другие рефлексы. Центральный
синтез может проявляться в виде взаимного усиления или цепного чередования содружественных рефлексов: тонических, пищеварительных и др.
Таким образом, событие, вошедшее в мозг разными своими частями, по
разным путям, отражается мозгом как единое. Низшие формы центрально147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го анализа и синтеза обеспечивают явления конвергенции, облегчения и
окклюзии в нейронных цепях.
Высший анализ и синтез осуществляется в коре больших полушарий
на основе индивидуального опыта и представляет собой основу обучения.
Простые формы высшего анализа и синтеза формируются при образовании условных рефлексов (УР) на одиночные стимулы. На первых этапах этого процесса преобладает синтез; он проявляется: а) в самом процессе
образования временных связей (ассоциаций), б) в обобщенном характере
первых временных связей – афферентной и эфферентной генерализации УР.
Афферентная генерализация проявляется в однотипных реакциях на сходные стимулы. Эфферентная развивается, например, при выработке двигательных навыков, т. е. при оперантных УР в виде избыточных, неловких
движений на начальных этапах обучения (например, первые шаги ребенка
всегда неточны, слабо координированы). Анализ формируется вслед за синтезом с большим трудом, т. к. в его основе лежит внутреннее торможение –
сложная задача для мозга. Эта закономерность (некоторое опережение анализа синтезом) проявляется, например, в том, что специализация УР (устранение излишних реакций) – стадия выработки дифференцировки – всегда
возникает позднее генерализации. Ребенок в больнице после первой же инъекции боится любого белого халата, но со временем этот страх проявляется
только по отношению к медицинской сестре со шприцем в руках.
Сложные формы высшего анализа и синтеза вырабатываются при восприятии комплексных стимулов, более типичных для естественных условий,
чем одиночные стимулы. Комплексы могут быть одновременными и последовательными. Рассмотрим несколько феноменов – примеров такой деятельности.
Условнорефлекторное переключение – сложная форма анализа,
при которой один и тот же стимул, но в разное время или в разных обстановках может вызывать самые различные реакции – по качеству и знаку.
Так, звонок для школьников, занимающихся в классе, является сигналом
отдыха, а для тех же школьников, отдыхающих в коридоре, – сигналом работы. Также по-разному люди реагируют на новые элементы одежды до
того, как они войдут в моду, и после того. Различной будет реакция человека на встречу с диким зверем в лесу и в зоопарке.
Примером сложного синтеза может быть динамический стереотип
– зафиксированная система УР, объединенных в последовательный функциональный комплекс. Формируется он под влиянием стереотипно, т. е.
одинаково, упорядоченно повторяющихся один за другим стимулов (например, утро, день и вечер). Этот порядок называют внешним стереотипом. В результате многих таких повторений формируется ассоциация
нервных центров, последовательно и относительно одинаково меняющих
свое состояние, – внутренний стереотип.
Если несколько рефлексов, выработанных на разные условные сигналы, многократно осуществляются в определенной последовательности, то
148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сигнальный раздражитель первого в этом ряду рефлекса приобретает свойство запускать всю цепь последовательных движений. Если же в заученной
временной последовательности один из привычных условных раздражителей поменять на случайный, то внутренний стереотип не изменится, т. е. будут воспроизводиться все специфические эффекты в системе динамического
стереотипа, что было показано в лаборатории И. П. Павлова.
Роль динамического стереотипа состоит в автоматизации хорошо заученных форм деятельности мозга, поведения: это позволяет абстрактнологическому сознанию отключаться для выполнения более сложных видов
деятельности, в частности, творческих, не шаблонных. Динамический стереотип может перестраиваться, поэтому он носит название «динамический». Скорость перестройки зависит от возраста человека и подвижности
его нервных процессов (у пожилых и флегматиков она меньше). Кроме того, смена худшего стереотипа на лучший воспринимается положительно и
происходит быстрее (переход с шестидневной учебной недели школьников
на пятидневную). Переживается тяжело и происходит медленнее смена
лучшего стереотипа на худший (переезд из родительского дома в общежитие при поступлении в институт).
2. Особенности высшей нервной деятельности человека
2.1. Количественные и качественные особенности. Понятие о
сигнальных системах действительности. Психофизиологические особенности человека, выделяющие его из мира животных, можно разделить
на количественные и качественные.
Количественные особенности включают: 1) более быструю выработку условных рефлексов, особенно комплексных, 2) относительно быструю
выработку внутреннего торможения и более высокую сопротивляемость
высшей нервной деятельности «внешним тормозам», 3) большее число
«порядков» условных рефлексов; если у собаки может быть 4 порядка, то у
человека – за счет рефлексов второй сигнальной системы – до 20.
Качественная особенность ВНД человека состоит в наличии у него
второй сигнальной системы, т. е. речи и абстрактного мышления.
И. П. Павлов писал, что «слово сделало нас людьми…». С возникновением
языка у человека появилась новая система раздражителей в виде слов. Таким образом, у человека в отличие от животных существуют две системы
сигнальных раздражителей.
Первая сигнальная система действительности – система конкретных, зрительных, слуховых и других сигналов, формирующих условные
рефлексы. Эта система лежит в основе предметного (конкретно-образного)
мышления, свойственного и человеку, и животным.
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Грубой ошибкой является отнесение к первой сигнальной системе
раздражителей, которые вызывают безусловные рефлексы, т. к. безусловные стимулы не играют сигнальной роли.
Вторая сигнальная система действительности – система понятий,
выражаемых словами. Причем сигналами в этой системе являются не звуки, связанные с произношением слов, и не зрительные буквенные образы, а
смысл слов и их сочетаний. Вторая сигнальная система лежит в основе абстрактного (словесно-логического) мышления и сознания, свойственных
только человеку. Таким образом, вторая сигнальная система – это система
обобщенного отражения окружающей действительности, где слова становятся «сигналами сигналов», т. к. обозначают непосредственные раздражители внешней среды, которые сами имеют сигнальное значение.
2.2. Формирование второй сигнальной системы в онтогенезе.
Формирование второй сигнальной системы возможно только в общении с
другими людьми. Известно много случаев воспитания детей человека животными. Так, в 1920 г. в Индии в волчьем логове вместе с выводком волчат
нашли двух девочек: двух и семи лет. Младшая девочка вскоре умерла, а
старшая прожила около десяти лет. Она передвигалась на четырех конечностях, принимала пищу только с пола, не позволяла себя мыть, срывала одежду, рычала и выла. Лишь через два года она стала стоять, через шесть лет –
ходить. Несмотря на то, что воспитатели настойчиво работали над её развитием, за четыре года она усвоила лишь шесть слов, за семь лет – 45; к 17 годам её умственное развитие соответствовало интеллекту четырехлетнего
ребенка. Как следует из приведенного примера, речь – явление социальное,
и для её развития нужны межличностные отношения людей.
Итак, ребенок усваивает речь только через общение. Выявлен период
времени, в течение которого дети обучаются говорить почти без труда, но
если в этот решающий период у ребенка не было контакта с людьми, то
последующее обучение языку становится медленным и неэффективным.
У ребенка слово становится сигналом сигналов не сразу. Это качество приобретается постепенно, по мере созревания мозга и формирования
новых и все более сложных временных связей. У грудного младенца первые условные рефлексы неустойчивы и появляются со 2–3-го месяцев
жизни. Ранее всего формируются условные пищевые рефлексы на обонятельные и вестибулярные (покачивание) раздражители и позже – на зрительные и звуковые. Обучение человека речи начинается со второго полугодия жизни в связи с появлением у ребенка комплексных условных рефлексов. При общении взрослых с ребенком слово обычно сочетается с другими раздражителями. Одним из таких комплексов раздражителей становится сочетание звуков слова мама, зрительных и обонятельных стимулов,
связанных с пребыванием в обществе мамы. Следуя подражательному
рефлексу, ребенок пытается произнести слово мама, и к прежнему комплексу стимулов присоединяется проприоцептивный. Постепенно слово
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
начинает приобретать ведущее значение, вытесняя другие компоненты
комплекса. Безусловным подкрепляющим стимулом на раннем этапе жизни является пищевой.
Предъявление определенного предмета при одновременном его названии приводит к тому, что слово начинает заменять обозначаемый им
предмет. Однако слово сначала замещает лишь конкретный предмет, например, данную куклу, а не куклу вообще. На этом этапе развития слово
выступает как интегратор первого порядка. Со второго года жизни обобщающая роль слов, понимаемых ребенком, возрастает. Появляются слова,
обозначающие несколько предметов, например, слово «куклы». На этом
этапе развития происходит превращение слова в интегратор второго порядка, или в «сигнал сигналов». Для этого необходимо, чтобы на него было выработано не менее 15 различных условных связей (пучок связей). Ребенок должен научиться оперировать различными предметами, обозначаемыми одним словом. Если число выработанных условных связей меньше,
то слово остается символом, который замещает лишь конкретный предмет.
Между третьим и четвертым годами жизни появляются слова – интеграторы третьего порядка. Ребенок начинает понимать такие слова, как игрушки, цветы, животные и т. д. Позднее возникают более сложные понятия. Так, слово вещь ребенок относит и к игрушкам, и к посуде, и к мебели.
Развитие второй сигнальной системы продолжается всю жизнь.
2.3. Локализация центров второй сигнальной системы. Нервные
центры второй сигнальной системы локализованы преимущественно в левом полушарии. Кроме сенсорных полей (первичная зрительная зона в затылочной области, первичная слуховая зона в височной области и первичная соматосенсорная зона в лобной области), в осуществлении речевой
функции играют важную роль ассоциативные зоны, а также три взаимосвязанные речевые зоны: 1) центр Вернике (смысловое программирование
речи), расположенный в задней височной области; 2) центр Брока (двигательное программирование речи), находящийся в нижней центральной извилине и 3) центр понимания смысла прочитанного, расположенный в угловой извилине. Все центры действуют как единый речевой механизм.
Повреждение центра Вернике вызывает сенсорную афазию, когда
больной с трудом воспринимает услышанную речь, но способен говорить.
При поражении центра Брока наблюдается моторная (двигательная) афазия, когда больные не могут читать и писать, но понимают речь.
2.4. Функциональная асимметрия полушарий. У человека наблюдается латерализация функций, т. е. функциональная асимметрия полушарий. На проблему функциональной неравнозначности полушарий головного мозга впервые обратили внимание клиницисты.
Функциональная асимметрия выражается в том, что центры второй
сигнальной системы – речи, абстрактного мышления – представлены главным образом в левом полушарии, правое же полушарие более активно в
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
формировании конкретных образов внешнего мира, в оценке времени и
пространства, в процессе творчества.
До недавнего времени такое представление являлось единственной
концепцией асимметрии полушарий. Однако оказалось, что оба полушария
функционируют в тесном единстве и правое полушарие тоже способно понимать обращенную к нему речь. Более того, поражение в раннем детском
возрасте центра речи слева не приводит к немоте, речевую функцию в этом
случае организует правое полушарие. Речь до двух лет вообще не латерализована, и окончательный процесс латерализации заканчивается к 14 годам.
2.5. Значение речи. Речь представляет собой основу функционирования второй сигнальной системы. Исследователи выделяют коммуникативную, информационную и регуляторную роль речи.
Коммуникативная роль речи – осуществление общения между
людьми с помощью языка.
Информационная роль речи обеспечивает абстрактное мышление,
представляющее собой процесс познавательной деятельности человека,
характеризующийся обобщенным и опосредованным отражением внешнего мира и внутренних переживаний.
Регуляторная роль речи выражается в различного рода влияниях речевых сигналов на организм человека. Одной из форм выражения такой
роли является внушение – психическое воздействие одного человека на
других людей или самого себя (самовнушение). Деятельность второй сигнальной системы подчиняется тем же физиологическим законам, что и
деятельность первой. Это положение И. П. Павлова является отправным
для выяснения механизма воздействия словом как сигналом второй сигнальной системы.
3. Внушение и гипноз
«Нет повести печальнее на свете, чем повесть… о гипнозе и внушении» – такими словами часто начинал свои лекции известный советский
гипнолог К. И. Платонов. Сам термин «гипноз» (от греческого hypnos –
сон) был введен в употребление английским хирургом Дж. Бредом, считавшим, что гипнотическое состояние сходно с естественным сном и может быть вызвано различными физическими и словесными воздействиями.
Согласно взгляду И. П. Павлова, гипноз – это искусственно вызванный частичный сон. «По сущности своей он от сна не отличается, а отличается только по частным особенностям, тем, например, что это есть очень
медленно наступающий сон, т. е. сон, который ограничивается сперва очень
маленьким, узким районом коры больших полушарий, а потом, все расширяясь и расширяясь, доходит до подкорки, оставляя нетронутыми лишь центры дыхания, сердцебиения и т. д., хотя и их в известной мере ослабляет».
152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Следует помнить, что гипноз отличается от естественного сна тем, что,
во-первых, в коре головного мозга сохраняется возбужденный участок в центре второй сигнальной системы, посредством которого осуществляется контакт с врачом; во-вторых, в гипнозе не наблюдается парадоксального сна.
Установлено, однако, что в гипнозе волны электроэнцефалограммы
(ЭЭГ) сходны с ЭЭГ бодрствования, а не сна. Выяснилось, что одни люди
более подвержены гипнозу, чем другие, а некоторые вовсе не поддаются
ему, что говорит о различном соотношении процессов возбуждения и торможения у разных людей. В последние годы получили распространение
теории, согласно которым гипнотическое состояние нельзя приравнивать
ни к сну, ни к бодрствованию.
Существуют три степени гипнотического состояния, описанные
французским невропатологом Ж. Шарко. Летаргическое – состояние сонливости, расслабленности. Развиваются снижение частоты дыхания и
пульса, ограничение двигательной активности и чувствительности, в том
числе болевой. Каталептическое состояние характеризуется появлением
пластического тонуса, а затем – атонии; мышечная возбудимость повышается. Сомнамбулическая стадия выражается в появлении целенаправленных реакций на команды гипнотизера. После нее наступает полная потеря
памяти о том, что было услышано и пережито во время гипноза.
В ряде случаев третья и даже вторая стадии могут отсутствовать.
Только 25–30 % людей удается загипнотизировать полностью.
Степень внушаемости повышается при отсутствии критической
оценки к словам другого человека.
Условиями, благоприятствующими развитию гипноза, следует считать деактивирующее действие монотонных раздражителей, а также мышечную релаксацию, резко снижающую тонус центральной нервной системы. В некоторых случаях эти условия могут играть роль и основных
гипногенных факторов. Методика гипнотизирования рассчитана на эти
свойства: если словесный приказ гипнотизера действует как условный сигнал сна, то длительное и пристальное всматривание в блестящий предмет
приводит к суммированию слабых раздражителей, к развитию запредельного торможения, которое способствует развитию гипнотического сна.
В состоянии гипноза бодрствующий участок мозга находится в парадоксальной фазе запредельного торможения, когда слабые раздражители вызывают сильные ответные реакции и наоборот. Вот почему в состоянии гипноза человек может с удовольствием вдыхать запах нашатырного спирта, если ему внушить, что он нюхает цветок. Словесные раздражения, в норме более слабые, чем непосредственные раздражения от органов чувств, оказываются сильнее. Однако даже в состоянии гипноза человека нельзя заставить
совершить такой поступок, который противоречит его моральным устоям.
В гипнозе существенно повышаются возможности обучения: за один
сеанс человек может усвоить до 1000 новых иностранных слов.
153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гипнотический сон, а также сон, вызванный снотворными веществами
или слабым электрическим раздражением области глаз (электросон), врачи
используют как лечебное средство при «психосоматических» заболеваниях.
4. Понятие о конституции и темпераменте
В повседневной жизни мы замечаем, что люди, попадая в одни и те
же ситуации, ведут себя по-разному. Однако за этим большим разнообразием поведенческих реакций и поступков проступают некоторые общие
схемы или типы поведения. Это обстоятельство было отмечено еще в
древние времена и было положено в основу греческой медицины, испытавшей сильное влияние Гиппократа (V в. до н. э.). Греческая медицина
основана на признании четырех элементов или стихий природы: воздуха,
воды, огня и земли. Соответственно и в организме человека различались
четыре основные материи, каждая из которых соответствовала одному из
элементов, или стихий природы: кровь, лимфа, желчь, черная желчь. Считалось, что комбинация этих материй и определяет особенности, тип поведения человека. Эта идея легла в основу первой классификации темпераментов, изложенной в трудах Гиппократа.
Смесь этих жидкостей определяет индивидуальное своеобразие каждого организма. В переводе с греческого на латинский слово смесь звучит как
«temperamentum». Отсюда классификация индивидов была названа классификацией темпераментов. И сейчас она известна как учение Гиппократа о четырех видах темпераментов. Они получили свои названия по тем жидкостям,
которые, согласно этому учению, преобладали у человека: сангвинический
связан с преобладанием крови (sanquis – лат.), холерический – с желчью
(chole – лат.), меланхолический – с черной желчью (melaina chole – лат.),
флегматический – со слизью (phlegma – лат.).
Для сангвиника характерны довольно высокая психическая, эмоциональная активность, богатая жестикуляция. Он подвижен, впечатлителен,
быстро отзывается на окружающие события, сравнительно легко переживает неудачи и неприятности. Дети этого типа отличаются живостью, подвижностью, любознательностью, дисциплинированностью.
Флегматика отличает низкий уровень поведенческой активности. Он
медлителен, спокоен, ровен. Ему трудно переключаться с одной деятельности на другую. Он характеризуется постоянством чувств и настроений.
Дети этого типа отличаются хорошим поведением, трудолюбием. Для них
характерны медлительность движений и спокойная речь.
Поведение холерика отличает высокий уровень активности, энергичность действий, резкость и стремительность движений, сильные, импульсивные и ярко выраженные эмоциональные переживания, несдержанность,
вспыльчивость в эмоциональных ситуациях. Дети такого типа часто являются способными в учёбе, но вспыльчивы и неуравновешенны.
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Темперамент меланхолика отличается низким уровнем нервнопсихической активности, высокой эмоциональной реактивностью; отсюда эмоциональная ранимость, сниженный уровень двигательной и речевой активности. Меланхолик замкнут, склонен к тяжелым внутренним переживаниям при отсутствии серьезных причин. Дети меланхолического типа внешне
выглядят тихими, робкими.
Темперамент – одна из составляющих конституции человека. Конституция – морфо-функциональная индивидуальность развития и реактивности, устойчивых морфологических и функциональных свойств человека. К конституциональным признакам относятся: 1) соматотип (телесная
конституция); 2) обменные процессы; 3) темперамент (тип ВНД); 4) группа
крови; 5) хромосомная конституция.
Теория темпераментов Э. Кречмера, получившая распространение в
30–40-х гг. нашего века, строилась на изучении связи психических особенностей человека с его телосложением. По мнению Э. Кречмера, связь телосложения с психикой, отчетливо проявляющаяся у больных, существует и
у здоровых, но в скрытой форме. Так, например, наблюдается склонность
полных людей к добродушию; среди людей, занимающихся исследовательской, творческой деятельностью, больше худых и высоких, чем среди
людей, занятых на производстве.
К морфологическим теориям темперамента относится не только теория Э. Кречмера, но и концепция американского психолога У. Шелдона,
который выделил три основных типа соматической конституции: эндоморфный, мезоморфный и эктоморфный. Эндоморфный тип отличается
мягкостью и округлостью внешнего облика, слабым развитием костной и
мышечной систем. Ему соответствуют темперамент с чувственными устремлениями, любовь к комфорту, мышечная расслабленность, наслаждение едой, душевная теплота в общении с другими людьми. Мезоморфный
тип характеризуется развитой костно-мышечной системой, атлетичностью,
силой. Для него характерна резкость движений. Ему соответствуют темперамент со склонностью к риску, потребностью в физических упражнениях,
активность, смелость, властолюбие, безразличие к боли, агрессивность.
Эктоморфному типу конституции соответствуют хрупкость телосложения,
отсутствие выраженной мускулатуры. Такие лица характеризуются сдержанностью, общей заторможенностью, скрытностью, пугливостью, склонностью к одиночеству.
Основным недостатком гуморальных и морфологических теорий
явилось то, что они игнорировали роль центральной нервной системы в
возникновении индивидуальных различий. Согласно современным морфологическим данным существуют большие индивидуальные различия в цитоархитектонике коры головного мозга.
Немецкий психиатр Карл Юнг (XIX в.) разделил людей на экстравертов (открытых, контактных), интровертов (тревожных, мнительных, замкну155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тых) и амбовертов – представителей промежуточного типа. При этом были
использованы критерии, связанные с особенностями мышления и эмоций.
Заимствуя у К. Юнга понятия экстраверсии и интроверсии, наполняя
их иным содержанием и дополняя еще одной базовой характеристикой
личности – нейротизмом, Г. Айзенк создал еще одну модель темперамента
личности. Выраженность экстраверсии (общительность, импульсивность,
слабый контроль над эмоциями и чувствами), интроверсии (самодостаточность, приверженность к порядку во всем) и нейротизма (эмоциональная
лабильность, беспокойство) формирует четыре категории людей.
5. Типы ВНД
Крупной заслугой И. П. Павлова явилось то, что он связал четыре
типа темперамента по античной классификации со свойствами нервной
системы, выделив среди них силу, уравновешенность и подвижность возбудительного и тормозного процессов. Из 27 теоретически возможных
комбинаций этих свойств И. П .Павлов описал четыре основных как четыре типа высшей нервной деятельности.
Сильный, уравновешенный, подвижный («живой») тип нервной системы рассматривался как соответствующий темпераменту сангвиника.
Сильный, уравновешенный, инертный («спокойный») – характеристика
темперамента флегматика. Сильный, неуравновешенный («безудержный»)
соответствует темпераменту холерика. Слабые нервные процессы («слабый» тип) – отличительная черта меланхолика.
В лаборатории И. П. Павлова на собаках были разработаны экспериментальные методы, которые позволяли измерять основные свойства
нервных процессов.
Для оценки силы возбуждения использовали скорость образования и
упрочения условного рефлекса. О силе тормозного процесса судили по
скорости выработки и стойкости внутреннего торможения. Подвижность
нервных процессов определялась по скорости перехода от возбуждения к
торможению, переделки положительных условных рефлексов в отрицательные и наоборот.
Четыре основных темперамента (типа ВНД) – это четыре типа поведения. Следовательно, темперамент – категория поведенческая. Темперамент –
биологический фундамент личности (генотип), отражающий в основном динамические аспекты поведения, прежде всего его энергетический уровень:
интенсивность, скорость, темп, а также эмоциональные особенности поведения. Содержательная сторона личности связана с характером (фенотипом),
представляющим собой сплав врожденных и приобретенных черт.
Четыре типа высшей нервной деятельности, выделенные
И. П. Павловым, в «чистом виде» встречаются крайне редко (лишь у 10 % человеческой популяции), остальные люди относятся к многочисленным пере156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ходным типам. Поэтому современные психофизиологи считают наиболее целесообразным не определение типа, а метрию отдельных свойств нервной
системы: силы, подвижности, выносливости и др. («измерительный подход»).
Биологически и социально представители каждого типа нервной деятельности абсолютно равноценны. Не следует думать, что слабый тип
«плохой». К представителям меланхолического типа относились такие выдающиеся люди, как французский философ Рене Декарт, английский ученый Чарльз Дарвин, польский композитор Фредерик Шопен.
Анализ биографий выдающихся деятелей науки, техники, литературы
и искусства убеждает в том, что исключительных результатов в каждой из
этих областей творчества достигли люди разных темпераментов. Среди мастеров одной лишь русской художественной литературы мы встречаем холерика А. С. Пушкина, сангвиника А. И. Герцена, флегматика И. А. Гончарова,
меланхолика Н. В. Гоголя.
Ярко выраженным холерическим темпераментом обладал великий
русский полководец А. В. Суворов. М. И. Кутузов был представителем
флегматического темперамента. Противоположность темпераментов не
помешала каждому из этих полководцев стать выдающимся деятелем военной науки и искусства.
Тем не менее, свойства темперамента человека необходимо учитывать в школе, при воспитании спортсмена, воина, при определении профпригодности и т. д. Например, замедленные реакции флегматика могут
помешать ему при игре на музыкальных инструментах, где требуется быстрая моторика, или в работе диспетчера, где замедление реакции на доли
секунды может привести к катастрофе. Свойства холерика и меланхолика
могут оказаться помехой в таких видах деятельности, которые требуют
длительного внимания и напряжения.
Кроме того, тип ВНД определяет во многом характер течения болезни, поэтому его необходимо учитывать в клинике.
6. Специфические «человеческие» типы ВНД
Кроме вышеописанных типов, общих для животных и человека, на
основании представления о различии во взаимодействии сигнальных систем И. П. Павлов выделил специфические для человека три типа высшей
нервной деятельности: художественный, мыслительный и смешанный.
Художественный тип характеризуется преобладанием первой сигнальной системы над второй. Люди художественного типа имеют преимущественно «правополушарное» образное, или синтетическое мышление.
Они охватывают действительность целиком, не разделяя её на части, широко пользуются чувственными образами, более склонны к яркому восприятию конкретных сигналов: звуков дождя и музыки, живых картин
природы. А. Виноградов, например, так характеризует знаменитого компо157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зитора и музыканта: «Паганини путал годы, дни и числа. Он мог хорошо
вспомнить свет зари, сияние облаков над морем,.. звон колоколов″.
Для мыслительного типа характерно преобладание второй сигнальной системы над первой, т. е. «левополушарного» абстрактного (аналитического) мышления. У В. В. Вересаева в рассказе «Степан Сергеевич»
представлен образ профессора, который, собираясь выйти на улицу, не доверял показаниям своих органов чувств, а непременно обращался к термометру и барометру.
Смешанный тип характеризуется уравновешенностью функционирования двух сигнальных систем. Большинство людей относится к этому типу.
Лекция 19. Мотивации. Эмоции.
Поведение как высшая форма интегративной
деятельности организма
Человек идет к совершенству, если чувствует себя бескрайней степью или безбрежным морем; если вечно горит, как пламя, и
светит ярчайшим светом; если подобен ветру
в неистовстве и покое и, как туча, проливается дождем, сверкает молнией и гремит громом; если, как ручей, журчит и плачет…
Х. Джебран
1. Мотивации
«Мотивация» буквально означает «то, что вызывает движение». Исходя из этого, мотивацию можно рассматривать как состояние, которое
развивается в структурах ЦНС и предшествует поведенческому акту.
Когда говорят о мотивации, выделяют две фазы: 1) фазу детекции
(формирования) потребности и 2) фазу запуска и реализации специализированного целенаправленного поведения. Первая фаза инициирует вторую.
Таким образом, мотивация представляет собой эмоционально окрашенное стремление к удовлетворению потребности организма. Потребность – явление объективное, это фундамент мотивации, избирательная зависимость организма от внешней среды. Мотивация в своей основе имеет
актуализацию определенной потребности и субъективный компонент. Различия между понятиями потребности и мотивации можно видеть, сопоставляя величины аппетита (пищевой мотивации) и потребности в пище.
Аппетит может быть значительно больше или меньше, чем истинная метаболическая потребность в пище.
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Мотивации делятся на низшие и высшие. Низшие мотивации имеют в
своей основе биологические потребности – пищевые, половые, ориентировочные, потребности в сне, воде, защите от опасности. Высшие мотивации
очень разнообразны, их можно разделить на социальные и идеальные. Социальные мотивации человека формируются на основе стремления принадлежать к определенной социальной группе и занимать в ней определенное
место, реализуя свои трудовые, познавательные, эстетические, нравственные потребности. К идеальным мотивациям относится стремление человека
к самосовершенствованию, творчеству, познанию окружающего мира и своего места в нем, познанию смысла и назначения своего существования.
Кроме того, выделяют мотивации: 1) нормальные и 2) патологические (стремление к курению, приёму алкоголя).
Различая группы мотиваций, следует иметь в виду, что у человека
нет чисто биологических потребностей, все потребности социализированы,
т. е. все они преломляются через конкретный уровень культуры и социальных отношений.
Несмотря на то, что мотивации различаются своей направленностью и
способами удовлетворения потребности, всем им присущи некоторые общие
черты:
1) Изменения в ЭЭГ, в которых отражается специфика мотивационного состояния.
2) Возникновение субъективных эмоциональных переживаний.
3) Возрастание поисковой активности.
4) Активация афферентных систем, позволяющая с большей легкостью выявлять биологически значимые и сигнальные раздражители во
внутренней и окружающей среде.
5) Актуализация памяти является необходимым звеном для реализации поискового целенаправленного поведения, прежде всего образов цели
и возможных способов их достижения.
6) Активация моторной системы.
7) Повышение тонуса вегетативной нервной системы и активности
ряда внутренних органов.
Низшие мотивации обусловлены действием на организм внутренних
и внешних стимулов. Так, мотивация жажды формируется под влиянием
импульсации от рецепторов слизистой оболочки рта при её высыхании и
от осморецепторов при повышении Pосм, мотивация голода – под влиянием
хеморецепторного возбуждения при нехватке в крови глюкозы и других
питательных веществ. В развитии половой мотивации принимают участие
как внутренние (гормональный фон), так и внешние (наличие особи противоположного пола) стимулы.
Нервные центры, участвующие в формировании мотиваций, локализуются в структурах лимбической системы мозга. В гипоталамусе, в частности, найдены: центр голода, раздражение которого приводит к пищедо159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
бывательным реакциям; центры жажды и сна. Однако гипоталамус занимает в лимбической системе лишь низший уровень. В частности, он находится под контролем миндалины. Главная её функция – выделение доминирующей потребности, подлежащей первоочередному удовлетворению.
В формировании мотиваций участвуют несколько групп биологически активных веществ: нейромедиаторы (ацетилхолин, серотонин, дофамин и др.), гормоны (вазопрессин, окситоцин, адреналин и др.) и нейропептиды (пептид дельта-сна, субстанция Р и др.).
Высшие мотивации – основа всех видов трудовой и творческой деятельности человека. Механизм формирования высших мотиваций сложен.
В его основе – образование ассоциаций, выработка временных связей (условных рефлексов) на базе низших мотиваций и форм поведения. Полимотивационность поведения человека заключается не только в сочетании
низших и высших мотиваций, но часто и в противоречии между ними, в
противостоянии друг другу мотиваций «для себя» и «для других».
Существует так называемая пирамида мотиваций А. Г. Маслоу, в основании которой находятся низшие мотивации, а на вершине – высшие.
Самореализация
↑
Когнитивно-эстетические
↑
Уважение и престиж
↑
Привязанность
↑
Безопасность
↑
Физиологические
Задача воспитания человека в обществе состоит в формировании
разнообразия его высших мотиваций и умения управлять ими.
2. Эмоции
В структуре мотивации особую функцию выполняет ее эмоциональный
компонент. Эмоции (от лат. emovere – возбуждать, волновать) – субъективно
окрашенные реакции организма на актуальную потребность и вероятность её
удовлетворения. Эмоции выполняют функции связи между действительностью и потребностями. Эмоции охватывают широкий круг явлений.
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эмоции могут быть положительными, которые хочется усилить, повторить; отрицательными, которых избегают, и более сложными, в которых сочетаются реакции обоих знаков.
Э. Кант предложил делить эмоции на стенические (от греческого слова
stenos – сила) и астенические, что связано с преобладанием в этих реакциях
соответственно эрго- или трофотропных рекций. К стеническим эмоциям
можно отнести радость, гнев, страх; к астеническим – тоску, благодушие.
Нервный субстрат эмоций связан со многими отделами и центрами
мозга. У человека раздражение с помощью введения электродов в миндалину приводит к реакциям страха, гнева; стимуляция перегородки обычно
вызывает эйфорию, наслаждение; раздражение гипоталамуса – тревогу и
ярость, среднего мозга – разные эмоции.
Структуры лимбической системы головного мозга американский невропатолог Дж. Пейпец (1937) назвал эмоциональным кругом, поскольку эти центры связаны между собой кольцевым взаимодействием. Последнее определяет
длительность эмоционального возбуждения и склонность его к суммации.
В настоящее время накоплено большое число экспериментальных и
клинических данных о роли коры больших полушарий головного мозга в
регуляции эмоций. Изучение функций левого и правого полушарий обнаружило существование эмоциональной асимметрии мозга. Правое полушарие более эмоционально и, соответственно, левая половина лица более
«искренняя». Левое полушарие, способствуя более ясной, логической
оценке возможностей, «сдерживает» правое. Временное выключение левого полушария вызывает сдвиг в эмоциональной сфере в сторону отрицательных эмоций. Настроение ухудшается. Выключение правого полушария
вызывает противоположный эффект – улучшение эмоционального состояния. Больные с поражениями в левом полушарии тревожны, озабочены.
Правостороннее поражение сочетается с легкомыслием, беспечностью.
Эмоциональное состояние благодушия, безответственности, беспечности,
возникающее под влиянием алкоголя, связывают с его преимущественным
воздействием на правое полушарие мозга. Эмоциональная асимметрия обнаружена и у здоровых людей. Для лиц с доминантным правым полушарием характерны повышенная тревожность, нейротизм. Преобладание функций левого полушария сочетается с низким уровнем тревожности.
Возникновение любой эмоции имеет в своей основе выделение различных групп биологически активных веществ. Предполагают, что модальность, качество эмоций, а также их интенсивность определяются
взаимоотношением норадренергической (НА), дофаминергической (ДА),
серотонинергической, холинергической систем, а также рядом нейропептидов, включая эндогенные опиаты. Так, с ростом концентрации серотонина и НА в мозге настроение у человека поднимается, а истощение их запасов вызывает состояние депрессии. Причем недостаток НА проявляется
тоской, а недостаток серотонина – тревогой. Нарушения в функциониро161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вании холинергической системы (АХ-системы) ведут к психозу с преимущественным поражением интеллектуальных (информационных) процессов. Предполагается, что холинергическая система преимущественно
обеспечивает информационные компоненты поведения. Известна способность нейропептида Y (анксиолитика) снижать тревожность, поэтому половые различия в его содержании (у мужчин его больше) могут объяснить
более частое развитие депрессий у женщин.
В настоящее время принята «информационная» теория эмоций
(П. Симонов). Эмоции представляют собой аппарат, включающийся при
рассогласовании между жизненной потребностью и возможностью её
удовлетворения. Эмоция страха развивается при недостатке сведений, необходимых для защиты. Очень часто страх, возникающий в ситуациях неожиданных и неизвестных, достигает такой силы, что человек погибает.
Понимание того, что страх может быть следствием недостатка информации, позволяет его преодолеть. Известна старинная притча о страхе. «Куда
ты идешь?», – спросил странник, повстречавшись с Чумой. «Иду в Багдад.
Мне нужно уморить там пять тысяч человек». – Через несколько дней тот
же человек снова встретил Чуму: «Ты сказала, что уморишь пять тысяч человек, а уморила пятьдесят», – упрекнул он её. «Нет, – возразила она, – я
погубила только пять тысяч, остальные умерли от страха».
Эмоциональные реакции включают три компонента: сенсорные, моторные и вегетативные проявления.
Моторный компонент характеризуется мимическими и другими двигательными реакциями (изменениями осанки и походки, жестикуляцией и
т. д.). Каждой эмоции свойственны специфические реакции лицевой мускулатуры, особое выражение глаз, определенная поза. Поэтому мы безошибочно можем по характеру движений определить человека, охваченного горем или переживающего сильную радость. Психическое состояние в
значительной степени может определять позу человека.
Вегетативный (висцеральный) компонент эмоции зависит от знака ее
«стеничности». Так, радость, злость, страх обычно сопровождаются в основном эрготропными вегетативными реакциями, т. е. активацией симпатической нервной системы, а вместе с ней – систем кровообращения, дыхания и крови, торможением секреции пищеварительных соков, моторики
желудка и кишечника. Астенические эмоции характеризуются признаками
преобладания трофотропных реакций и активности парасимпатической
нервной системы – побледнением кожи и обмороками, снижением интеллектуальной и физической активности. У каждой эмоции существует свой
вегетативный «портрет», в котором могут сочетаться элементы эрго- и
трофотропных реакций. Грусть больше влияет на сердечно-сосудистую
систему, радость – на дыхателную. У разных людей одна и та же эмоциональная реакция протекает неодинаково.
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Волнение перед действием, т. е. эмоционально окрашенное отношение к делу, способствует его результативности. Деятельность не достигает
успеха, когда человек чего-то совсем не хочет либо когда он хочет этого
чрезмерно. Не испытывая «предстартового» волнения перед важным делом, нельзя полностью реализовать свои возможности.
Эмоции могут иметь характер стресса. У человека практически любой
стресс является эмоциональным. Избыточность и большая продолжительность эмоционального стресса могут приводить к развитию неврозов и психосоматической патологии – ишемической болезни сердца, гипертонии, язвенной болезни, аллергических и других заболеваний (см. лекцию 22).
Причиной значительного и опасного стресса может стать и положительная эмоция. Вегетативные проявления стресса становятся более значительными,
если человек пытается ограничить внешние, мышечные проявления эмоций.
У лиц, не тренированных к физической нагрузке, в миокарде относительно слабо развита сеть капилляров. Значительное эмоциональное возбуждение обычно вызывает активацию сократительной функции сердца,
для которого требуются адекватное метаболическое обеспечение и кровоток. Однако имеющихся капилляров может быть относительно недостаточно, в результате развивается нарушение трофики мышцы сердца, способное стать причиной серьезного заболевания или смерти.
3. Поведение
Поведение – одно из ярких проявлений человеческой жизни, представляющих собой цепь согласованных двигательных актов, направленных
на приспособление организма к среде или приспособление среды к потребностям организма. Таким образом, поведение направлено на удовлетворение мотиваций.
Принято различать пять уровней поведения: таксисы, рефлексы, инстинкты, научение и рассудочную деятельность.
Таксисы и рефлексы являются главенствующими формами поведения у простейших и червей. У насекомых преобладает инстинктивное поведение. Способность обучаться ярко проявляется в поведении у низших
млекопитающих. Для поведения человека характерна способность к научению и умозаключениям.
Согласно П.К. Анохину, физиологическая архитектура поведенческого акта строится из последовательно сменяющих друг друга стадий:
1) афферентного синтеза,
2) принятия решения,
3) формирования акцептора результатов действия,
4) эфферентного синтеза (или программы действия),
5) получения полезного результата,
6) обратной афферентации (оценки достигнутого результата).
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Схема 1. Саморегуляторные механизмы
функциональной системы поведения по П. К. Анохину
Поведенческий акт любой степени сложности начинается со стадии
афферентного синтеза (стадии сомнений). Возбуждение в центральной
нервной системе, вызванное внешним стимулом, вступает во взаимодействие с другими афферентными возбуждениями, имеющими другой функциональный смысл.
Содержание афферентного синтеза, в свою очередь, определяется
влиянием нескольких факторов: доминирующей мотивации, обстановочной афферентации, пусковой афферентации и памяти.
Доминирующая мотивация представляет собой основу поведения,
его целенаправленность и как бы отвечает на вопрос: «Что делать?».
Обстановочная афферентация обусловлена стимуляцией органов
чувств под влиянием свойств различных предметов окружения, создающих
фон, благоприятный или неблагоприятный для выполнения того или иного
действия. Восприятие этой сигнализации дает возможность ответа на вопрос: «Где делать?» или «Делать ли?».
Пусковая афферентация обусловлена действием стимула, непосредственно запускающего поведенческий акт. Физиологический смысл пусковой афферентации состоит в том, что, выявляя скрытое возбуждение, создаваемое обстановочной афферентацией, она приурочивает его к определенным моментам во времени, наиболее целесообразным с точки зрения
самого поведения. Пусковая афферентация позволяет ответить на вопрос:
«Когда делать?».
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На стадии афферентного синтеза из памяти извлекаются и используются именно те фрагменты прошлого опыта, которые полезны, нужны для
будущего поведения. Этот фактор позволяет решить, «как делать».
В основе нейрофизиологического механизма этой стадии лежит конвергенция возбуждений на нейронах коры больших полушарий. Обработка осуществляется при помощи таких механизмов, как корково-подкорковая реверберация возбуждения и увеличение конвергентной емкости отдельного нейрона.
Стадия принятия решения – переходный этап, после которого все
комбинации возбуждений приобретают исполнительный характер, т. е.
афферентный синтез переводится в программу действий.
Одним из наиболее сложных элементов функциональной системы
является акцептор результата действия. Формируясь для контроля выполнения поведенческого акта на основе многостороннего механизма афферентного синтеза, акцептор результата действия представляет собой
кольцевую нейронную цепь, «ловушку возбуждения», стимулируемую
коллатералью аксона пирамидного нейрона. Основная его ветвь передает
решение на периферию, а коллатераль копию этого решения на акцептор
результата действия. Он обеспечивает прогнозирование признаков будущего результата и сравнение их при помощи обратной афферентации с параметрами реального результата системы, т. е. дает возможность организму исправить ошибку поведения.
На стадии эфферентного синтеза формируются центральные механизмы, которые обеспечивают получение определенного результата.
В ходе реализации целенаправленного поведения через звено обратной афферентации осуществляется постоянная оценка реально полученного результата с тем, который был запрограммирован в акцепторе результата
действия. Результат этой оценки и определяет дальнейшее поведение организма. Если реально полученный результат соответствует прогнозируемому, то организм переходит к следующему этапу деятельности (поэтапная
афферентация). При их несоответствии в аппарате сличения возникает рассогласование, активирующее ориентировочно-исследовательскую деятельность организма. Санкционирующая афферентация соответствует достижению конечного результата и вызывает прекращение поведенческого акта.
Таким образом, обратная афферентация по существу представляет собой
обратную связь в функциональной системе поведения.
Человеку свойственно рассудочное поведение. Это значит, что его поступки, составляющие характер поведения, определяются интеллектуальным
«высвечиванием» существующих между предметами связей и отношений.
Несмотря на это многие наши поступки и особенности поведения со
временем становятся привычками, т. е. действиями, выполнение которых
становится потребностью. Приобретение привычки с физиологической точки зрения есть не что иное, как образование в мозговых структурах устой165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чивых нервных связей – стереотипов, отличающихся повышенной готовностью к функционированию. В комплекс нервных структур, обеспечивающих привычный образ действий, как правило, включаются и механизмы
эмоционального реагирования. Они вызывают эмоционально положительные состояния в период реализации привычки и, напротив, рождают отрицательные переживания в обстоятельствах, мешающих её осуществлению.
Учитывая важное свойство нервной системы легко формировать и
закреплять привычки, даже если они являются ненужными или вредными
(курение, увлечение спиртными напитками и т. п.), можно смело утверждать, что процесс рассудочного управления привычками есть, по существу, управление поведением. Сознательно и целенаправленно совершенствовать стиль своего поведения можно руководя привычками, а не оказываясь у них в плену.
…Пора перестать ждать неожиданных подарков от жизни, а самому делать жизнь (Л. Н. Толстой).
Лекция 20. Физиология эндокринной системы
Пятью миллионными долями грамма
серотонина меньше или больше – и
самоубийство или жизнь в розовом свете!
И. Кветной
1. Понятие о гормонах и эндокринной системе
Гормоны (от греч. hormao – приводить в действие) – это продукты
внутренней секреции, т. е. биологически активные вещества (БАВ), которые секретируются и выделяются специализированными клетками во
внутреннюю среду организма (кровь или лимфу) для регуляции обмена
веществ и физиологических функций, гуморального обеспечения координации и интеграции процессов жизнедеятельности. Термин «гормон» был
впервые применен в 1902 г. английскими физиологами У. М. Бейлисом и
Э. Г. Старлингом в отношении секретина (гормона 12-перстной кишки).
Гормоны принимают участие во всех важных процессах жизнедеятельности организма. Размножение: гормоны необходимы для успешного
становления репродуктивных функций. Оплодотворение, имплантация яйцеклетки, беременность и лактация – все эти процессы требуют участия
многих гормонов. Дифференцировка: у развивающегося эмбриона гормоны играют существенную организующую роль, которая наиболее очевидно
проявляется в половой дифференцировке (тестостерон) и развитии центральной нервной системы (тироксин). Рост и развитие: оптимальный рост
созревающего организма обусловливается совместным действием гормона
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
роста, тиреоидных гормонов и инсулина, причем присутствие неадекватных количеств антагонистов инсулина или половых стероидов может тормозить рост. Адаптация: железы внутренней секреции участвуют во всех
адаптивных реакциях организма. Гормоны принимают важнейшее участие
как в кратковременной, так и в долговременной адаптации к количеству и
качеству потребляемой пищи, к холоду. Они необходимы и для успешной
адаптации к изменениям поступления жидкости и электролитов из окружающей среды (альдостерон, АДГ). Примером адаптивной роли гормонов
является также их участие в стрессорных реакциях.
Гормоны оказывают выраженное влияние на эмоциональную сферу,
интеллектуальную и физическую активность, выносливость организма.
Эндокринные клетки, продуцирующие гормоны, получили свое
название благодаря функции внутренней секреции (инкреции). Эти
специализированные клетки образуют секреторное – трехкомпонентное –
звено эндокринной системы, осуществляющей гормональную регуляцию.
Первым компонентом секреторного звена являются специализированные эндокринные органы (железы внутренней секреции) – анатомические образования, лишенные выводных протоков, основной и единственной функцией которых являются синтез и внутренняя секреция гормонов.
К эндокринным железам относятся: гипофиз, эпифиз, щитовидная и околощитовидные железы, вилочковая железа, надпочечники.
Термин «железы внутренней секреции» ввел в науку Шарль Эдуард
Броун-Секар, который известен тем, что в 1888 г. (в возрасте 70 лет) ввел себе
экстракт семенников животных и испытал омоложение, но ненадолго. Имеются сведения, что подобной процедуре он подверг и своих друзей с их согласия.
Следует отметить, что в отличие от внутренней секреции, внешняя
секреция осуществляется экзокринными железами через выводные протоки во внешнюю среду. В некоторых органах одновременно присутствуют
оба типа секреции.
Поэтому вторым компонентом секреторного звена является
эндокринная ткань в органе со смешанным типом секреции, т. е. скопление
инкреторных клеток в органе, другие клеточные элементы которого
обладают неэндокринными функциями (например, островки Лангерганса в
поджелудочной железе). К органам со смешанным типом секреции
относятся и половые железы.
Следует помнить, что одна и та же железа внутренней секреции
может продуцировать неодинаковые по своему действию гормоны. В то же
время продукция одних и тех же гормонов может осуществляться разными
эндокринными железами. Кроме того, продукция биологически активных
веществ – это функция не только желез внутренней секреции, но и других,
«неэндокринных» органов.
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Следовательно,
третьим
компонентом
секреторного
звена
эндокринной системы являются клетки органов, обладающие, кроме
основной, одновременно и эндокринной функцией – так называемая
APUD-система. Мышечные клетки предсердий наряду с сократительной
функцией секретируют атриопептиды. Способностью секретировать
биологически активные вещества помимо выполнения своей основной
неэндокринной функции обладают почечные клетки и клетки желудочнокишечного тракта, а также жировая ткань.
Существует мнение, что все органы, ткани и клетки человека
являются эндокринными, т. е. выделяющими во внутреннюю среду
специфические регуляторные вещества.
Эндокринная система наряду с нервной и иммунной системами формирует физиологические механизмы, которые обеспечивают связь между
клетками и органами. В эндокринной системе сигнальные вещества, осуществляющие взаимодействие, называются гормонами, в нервной системе –
нейротрансмиттерами, в иммунной системе – цитокинами.
Эндокринную систему организма составляют:
1) секреторное (железистое) звено, образованное тремя вышеперечисленными компонентами; 2) транспортное звено, определяющее соотношение в крови свободной и связанной форм гормона; 3) эффекторное
звено, представленное органами или клетками-мишенями; 4) метаболическое звено, обеспечивающее инактивацию гормонов специальными ферментными системами и 5) аппарат регуляции, реализуемой гипофизом и
структурами ЦНС.
Функция эндокринных желез находится под контролем нервной системы
и является важным компонентом общей системы нейро-эндокринной регуляции
функций организма. Таким образом, в системе единой нейро-гуморальной регуляции ведущую роль играет нервная система, несмотря на то, что наиболее
древней формой регуляции является гуморально-метаболическая.
Нервная связь осуществляется быстро и точно. Гормоны действуют
медленнее и шире, имеют длительное последействие. Когда требуется быстрая реакция, включается нервная система. При необходимости более
медленных и стойких реакций используются гормоны, обеспечивая адаптивные перестройки в организме.
2. Свойства гормонов
Отличительными свойствами гормонов являются их высокая биологическая активность, специфичность и дистантность действия.
Физиологические концентрации большинства гормонов чрезвычайно
малы (нанограммы, пикограммы в 1 мл крови), т. е. гормоны эффективны в
крайне низких концентрациях. Так, например, средний уровень кортизола
168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
составляет около 150 нг/мл, а обычная концентрация вазопрессина колеблется всего лишь от 2 до 10 пг/мл.
Специфичность действия гормонов, во-первых, можно рассматривать с точки зрения видовой специфичности, но она присуща лишь небольшой части гормонов белкового происхождения (среди них гормон
роста и пролактин) и поэтому очень ограничена. Во-вторых, специфичность обеспечивается присутствием в некоторых клетках организма биохимических структур – гормональных рецепторов (благодаря чему такие
клетки способны «считывать» химически закодированную информацию).
Органы, имеющие рецепторы к определенному гормону, называют органами-мишенями. Однако для некоторых гормонов (катехоламины, инсулин) таких клеток в организме много, и гормон оказывает диффузное
влияние. Следовательно, рецепторная специфичность так же относительна.
И, наконец, в-третьих, специфичность проявляется в том, что комплекс
эффектов любого гормона строго специфичен (не может быть воспроизведен никаким другим гормоном). По влиянию на отдельные функции или
отдельные стороны обмена веществ существуют гормоны с похожими эффектами (глюкокортикоиды, катехоламины, глюкагон повышают уровень
сахара в крови). Но весь комплекс эффектов специфичен только для определенного вида гормонов, например, для глюкокортикоидов – катаболическое действие на белковый обмен, гипергликемия, повышение АД, противовоспалительные свойства и др.
Дистантное действие многих гормонов, т. е. проявление активности
на большом расстоянии от места выработки гормона, можно проследить на
ряде примеров. Так, АДГ, вырабатываемый гипоталамусом и накапливающийся в задней доле гипофиза, оказывает свое действие на канальцевую
систему почек, а тиреотропин, вырабатываемый аденогипофизом, влияет
на специфические клетки щитовидной железы.
В настоящее время различают следующие формы химической передачи сигналов: 1) телекринное действие – осуществляется на значительном
удалении от места образования; 2) паракринное, или местное действие –
влияние на клетки, расположенные в непосредственной близости с секретирующей клеткой; 3) аутокринное – влияние на функциональную активность самой секретирующей клетки.
Эти три принципа сигнальных взаимодействий являются универсальными
для всех коммуникативных систем – эндокринной, нервной, иммунной. Кроме
того, между различными формами химической передачи сигнала порой
трудно провести четкую грань, поскольку некоторые гормоны обладают как
телекринным, так и паракринным действием, вызывая не только дистантные
(через кровь), но и локальные эффекты вблизи вырабатывающих их клеток.
Многие гормоны наряду с эндокринным оказывают и нейрокринное
действие, являясь медиаторами (катехоламины).
169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Классификация и механизмы действия гормонов
Классифицировать гормоны можно по нескольким критериям.
- По распространенности влияний: гормоны общего действия – с
диффузными влияниями, когда невозможно выделить конкретные органымишени (адреналин) и локального действия (окситоцин, оказывающий
влияние на мускулатуру матки).
- По виду эффектов: гомеостатические, участвующие в
поддержании постоянства внутренней среды (паратгормон, регулирующий
обмен кальция), и морфогенетические гормоны, влияющие на процессы
роста и дифференцировки структурных элементов (СТГ).
- По знаку метаболических влияний: катаболические гормоны,
ускоряющие обменные процессы и участвующие в развитии эрготропных реакций
организма (тироксин), и анаболические – гормоны, замедляющие обменные
процессы и участвующие в реализации трофотропных реакций (инсулин).
- По характеру эффектора: тропные гормоны, оказывающие
влияние на деятельность желез внутренней секреции (АКТГ, изменяющий
активность коры надпочечников), и эффекторные (АДГ, увеличивающий
реабсорбцию воды в канальцевой системе почек).
- По химической структуре гормоны делятся на: 1) белковые, среди
которых различают: а) пептиды (глюкагон, АКТГ, окситоцин, СТГ, инсулин,
паратгормон и др.) и б) гликопротеиды (ТТГ, ФСГ, ЛГ); 2) стероидные, или
липидные (глюкокортикоиды, минералокортикоиды и половые гормоны), эти
гормоны образуются из холестерина; 3) производные аминокислот
(производные тирозина – тироксин, адреналин, производные триптофана –
серотонин, мелатонин, производные гистидина – гистамин); 4) производные
жирных кислот (производные арахидоновой кислоты – простагландины,
простациклины, тромбоксаны, лейкотриены); 5) газообразный гормон (NO).
Судьба пептидных и стероидных гормонов после их секреции в кровяное русло тоже существенно различается. Белковые гормоны гидрофильны и переносятся кровью в свободном состоянии, они быстро разрушаются
пептидазами, и только небольшая часть гормона достигает органа-мишени.
Стероидные и тиреоидные гормоны гидрофобны, отличаются небольшой
растворимостью, основное их количество циркулирует в крови в связанном
состоянии. Поэтому в плазме они могут находиться достаточно долго (от
нескольких часов до нескольких дней). Биологическая активность определяется содержанием свободных форм гормонов, но обычно лишь 5–10 %
молекул гормонов находится в крови в свободном состоянии. Связанные же
гормоны являются как бы депо, физиологическим резервом, из которого
гормоны переходят в активную свободную форму по мере необходимости.
Для осуществления эффекта гормоны должны добраться до своей
клетки-мишени и быть ею «опознанными». «Узнавание» происходит с помощью рецепторов, трансформирующих гормональный сигнал в гормональное действие. На этапе связывания с рецептором, так же как и при био170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
синтезе и транспорте, два больших класса гормонов используют различные
механизмы, которые называются соответственно «пептидорецепторный
тип» (сюда относятся и нейротрансмиттеры) и «стероидорецепторный тип»
(сюда включаются также гормоны щитовидной железы и кальцитриол).
К настоящему времени идентифицировано около 60 гормональных
рецепторов, причем более половины из них локализуется на мембранах
клеток-мишеней, остальные – внутриклеточно (в цитоплазме или ядре).
Отсюда становятся понятными два механизма действия гормонов,
принципиально различающиеся по месту образования гормонрецепторного комплекса – на поверхности клетки (в этом случае
осуществляется срочная гормональная регуляция) или внутри нее (тогда
речь идет о долговременной, или хронической, регуляции).
1. Гормон-рецепторный комплекс, образующийся на поверхности
клетки, влияет на активность клетки посредством сложного биохимического
механизма с участием вторичного посредника внутри клетки (цАМФ,
цГМФ, ионизированный кальций и фосфоинозитол).
По такому механизму осуществляется взаимодействие с клеткамимишенями у пептидных гормонов, которые не способны легко проникать через
плазматическую мембрану клетки. Поэтому они, как правило, взаимодействуют
с расположенными на поверхности клетки мембранными рецепторами.
2. Гормон-рецепторный комплекс, образующийся внутри клетки,
может непосредственно влиять на экспрессию генетической информации,
т. е. оказывать действие на геном и в результате на процессы синтеза в
клетке – индуцировать или подавлять синтез белка.
Стероиды, действие которых развертывается в течение часов и суток,
свободно проникают через мембрану в клетку, образуют там стероидрецепторные комплексы, перемещающиеся в ядро, где стимулируют
транскрипцию генов.
Таким образом, специфическое действие гормона проявляется лишь
после взаимодействия его с соответствующим рецептором. Рецептор после
опознания и связывания гормона генерирует химические или физические
сигналы, которые вызывают последовательную цепь пострецепторных
взаимодействий, заканчивающихся проявлением специфического биологического эффекта гормона.
Отсюда следует, что биологическое действие гормона зависит не
только от его содержания в крови, но и от количества и функционального
состояния рецепторов, а также от уровня функционирования пострецепторного механизма. В свою очередь, количество функционально активных
рецепторов может изменяться при различных состояниях и в патологии.
Так, например, при гиперинсулинизме и ожирении снижается на 50–
60 % количество инсулиновых рецепторов, локализованных на гепатоцитах, адипоцитах, тимоцитах, моноцитах, и, наоборот, инсулиндефицитные
состояния у животных сопровождаются увеличением количества рецепторов к инсулину. Таким образом, изменения чувствительности органов и
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тканей к гормонам осуществляются посредством механизмов обратной
связи (down regulation).
Некоторые гормоны могут влиять на количество не только «собственных» рецепторов, но и рецепторов к другому гормону. Так, прогестерон
уменьшает, а эстрогены увеличивают количество рецепторов одновременно и к эстрогенам, и к прогестерону.
Итак, в целом, гормональный эффект опосредован следующими основными этапами: синтезом и поступлением в кровь, транспортом, клеточными механизмами действия и метаболической инактивацией при помощи
специальных ферментных систем; она протекает наиболее интенсивно в
печени, тонком кишечнике и почках. Лишь небольшая доля гормонов экскретируется в неизменном виде.
Причинами эндокринной патологии могут являться изменения на
любом из вышеуказанных этапов. Другими словами, эндокринная гиперили гипофункция возможна не только при изменении (избытке или
недостатке) секреции соответствующего гормона, но и в связи с
нарушением транспорта гормона или нарушением рецепции. Например,
при некоторых формах сахарного диабета уровень инсулина в крови
достаточный, но часть инсулиновых рецепторов оккупирована (блокирована)
аутоантителами к этим рецепторам.
4. Принципы гормональных взаимодействий
Для каждого вида гормона имеются синергисты и антагонисты.
Последние представляют собой вещества, которые способны конкурентно
связывать рецептор к гормону, снижая его биологический эффект. Синергисты, наоборот, взаимодействуя с соответствующим рецептором, усиливают действие гормона. Так, для кортизола прогестерон является антагонистом, кортикостерон – синергистом, а альдостерон – слабым синергистом. Антагонистом альдостерона служит спиронолактон. Эти взаимоотношения учитывают в клинической практике.
Пермиссивное действие – способность одного гормона давать возможность реализоваться эффекту другого гормона. Так, например, глюкокортикоиды обладают пермиссивным действием по отношению к катехоламинам, т. е. для реализации эффектов адреналина необходимо присутствие малых количеств кортизола. Инсулин и гормоны щитовидной железы
обладают пермиссивным действием для соматотропина. Поэтому при кретинизме (задержке физического и умственного развития, вызванной недостатком гормонов щитовидной железы в раннем детском возрасте) легко
объяснить маленький рост больного, поскольку при отсутствии тиреоидных гормонов ослаблено стимулирующее действие гормона роста на эпифизарный рост костей.
Отечественный ученый М. М. Завадовский, изучая закономерности в регуляции деятельности эндокринных желез, впервые сформулировал принцип
172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«плюс-минус взаимодействия»″, получивший в дальнейшем название «принцип обратной связи». При регуляции по типу обратной связи гормон прямым
или опосредованным образом влияет на свою собственную секрецию.
Положительная обратная связь, когда повышение уровня гормона в крови
стимулирует высвобождение другого гормона (например, повышение уровня
эстрадиола вызывает высвобождение ЛГ в гипофизе), встречается нечасто.
Наиболее распространенным способом регуляции является отрицательная обратная связь. Практически это означает, что как только гормон начинает действовать на чувствительную к нему клетку или группу клеток, одновременно возникает сигнал, тормозящий действие гормона. Торможение
активированной железы по принципу отрицательной обратной связи может
быть обусловлено повышением концентрации другого гормона (например,
повышенный уровень тироксина в крови снижает секрецию и высвобождение тиреотропина в гипофизе). Другой общий механизм, посредством которого тормозится функция активированной железы, заключается в коррекции
физиологического сдвига, явившегося причиной активации этой железы. Так,
повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усиленному выбросу
из поджелудочной железы инсулина, который активизирует утилизацию
глюкозы клетками и снижает ее содержание в крови. По механизму обратной
связи это приводит к уменьшению выработки инсулина.
5. Регуляция эндокринных функций
Гормональное действие регулируется точно в соответствии с необходимыми в данный момент срочными требованиями организма. Управление
деятельностью эндокринных клеток может осуществляться двумя путями.
Первый из них реализуется структурами ЦНС, непосредственно передающими импульсы к эндокринным структурам, синтезирующим и секретирующим гормоны. Этот путь управления получил название нервного,
или парагипофизарного. Так регулируется деятельность практически всех
эндокринных клеток, в основе лежит рефлекторный принцип. Это означает, что, получая информацию от различных рецепторов, ЦНС посылает
импульсы к эффекторам I-го порядка – железам внутренней секреции, которые, в свою очередь, изменяя уровень секреции гормонов, оказывают
влияние на деятельность эффекторов II-го порядка – органов-мишеней.
Так, например, возбуждение осморецепторов при возрастании Pосм рефлекторно приводит к увеличению выработки в гипоталамусе АДГ, повышающего реабсорбцию воды в канальцевой системе почек, что нормализует Pосм.
Второй путь управления эндокринными клетками нервная система
реализует через гипофиз; этот путь регуляции получил название гипофизарного. Таким путем регулируется деятельность тех желез, для которых в
гипофизе секретируются специальные тропные гормоны, например, щитовидной железы или коры надпочечников.
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одной из важнейших областей ЦНС, координирующей и контролирующей функции эндокринных желез, является гипоталамус. Этот отдел
осуществляет оба пути управления, т. е. и нервный, и нейрогипофизарный. Управляющая функция гипоталамуса связана с наличием в
нем групп нейронов, обладающих способностью синтезировать и секретировать регуляторные пептиды – нейрогормоны.
Основным путем управления деятельностью некоторых эндокринных клеток является саморегуляция за счет обратной связи (например, секреция сахаррегулирующих гормонов островками Лангерганса регулируется уровнем глюкозы в крови, секреция кальций-регулирующих гормонов –
уровнем кальция в крови), а звенья нейро-гуморального управления обеспечивают лишь усиление или ослабление эффекта саморегуляции.
Так, гомеостаз Са2+ поддерживается за счет очень тонкой регуляции,
осуществляемой главным образом тремя следующими гормонами: 1) паратгормоном (паращитовидные железы), 2) кальцитонином (щитовидная железа), а также 3) (витамин-D)-гормоном, или кальцитриолом, образующимся в почках из витамина D.
Низкое содержание ионов кальция в крови стимулирует секрецию
паратгормона, вызывающего остеолизис и усиливающего реабсорбцию
Са2+ в почечных канальцах, одновременно в почках образуется кальцитриол, усиливающий всасывание ионов кальция в кишечнике. По механизму
отрицательной обратной связи (витамин-D)-гормон угнетает секрецию паратгормона. Высокие концентрации кальция вызывают высвобождение
кальцитонина, который подавляет остеолизис и всасывание кальция в кишечнике. Кальцитонин действует как антагонист паратгормона. Гормоны
желудочно-кишечного тракта стимулируют секрецию кальцитонина.
Кальций играет важную роль практически во всех процессах жизнедеятельности организма. Он является внутриклеточным (вторичным) посредником процессов синаптической передачи и гормональных влияний,
необходим для осуществления мышечного сокращения и расслабления (в
том числе для поддержания сосудистого тонуса), для нормального развития и функционирования костной ткани. Кальций принимает активное участие в процессах гемостаза.
6. APUD-система и ее место в гормональной регуляции
Концепцию о существовании в организме специализированной
высокоорганизованной клеточной системы, способной вырабатывать биогенные
амины и пептидные гормоны, выдвинул в 1968 г. английский ученый А. Пирс.
Название эта система получила по первым буквам английских слов «Amine
Precursores Uptake and Decarboxylation», обозначающих способность клеток
этой системы поглощать предшественники биогенных аминов и подвергать
их декарбоксилированию с последующим образованием биологически
активных веществ (БАВ).
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
APUD-гормоны, обладая паракринным и аутокринным действием,
играют важнейшую роль в гомеостазе. Апудоциты существуют во многих
органах (гипоталамусе, сердце, эпифизе, трахеобронхиальном дереве, эндотелии сосудов и др.). Только в органах желудочно-кишечного тракта
апудоцитами продуцируется более 30 различных гормонов. Следует отметить, что один и тот же апудоцит может секретировать различные гормоны, например, холецистокинин (ХЦК) и дофамин, выделение которых из
клеток печени и поджелудочной железы подчиняется принципу реципрокности. При снижении концентрации ХЦК возрастает продукция дофамина,
а т. к. избыток дофамина является одним из основных патогенетических
звеньев развития шизофрении, эта патология возможна при заболеваниях
поджелудочной железы и печени. Многие APUD-гормоны пролиферотропны: одни тормозят рост опухолей (мелатонин, серотонин), другие –
стимулируют (гастрин).
7. Биоритмы эндокринных функций
В значительной степени ритмичные изменения обмена веществ и
деятельности ряда систем организма обусловлены биоритмами секреции
гормонов. Ведущую роль играют суточные ритмы.
Синтез и секреция мелатонина в эпифизе зависят от освещенности –
избыток света тормозит образование гормона. Снижение освещенности
рефлекторно (от рецепторов сетчатки нервные импульсы поступают к
эпифизу) повышает продукцию мелатонина – гормона, называемого
«посланником темноты». У человека на ночные часы приходится 70 %
суточной продукции этого гормона. Деятельность эпифиза называют
«биологическими часами» организма, т. к. железа обеспечивает процессы
временной адаптации.
Существуют и сезонные ритмы выработки мелатонина с
увеличением его продукции в осенне-зимний период в связи с
укорочением продолжительности светового дня. Роль данного механизма
фотопериодизма в настоящее время считается основной в развитии так
называемых сезонных (зимних) депрессий.
Максимумы секреции катехоламинов (адреналина, норадреналина)
надпочечниками приходятся на 8–12 и 16–20 часов, в эти же периоды суток
повышается АД, наиболее успешно проходят спортивные тренировки.
Пик выделения из коры надпочечников кортикостероидов
приходится на 6–8 часов. В 1956 г. в Японии эти данные впервые были
использованы для лечения хронических заболеваний стероидами.
Известно, что при введении гормональных препаратов извне их эндогенная
секреция по механизму обратной связи подавляется, что может привести к
атрофии и усилению недостаточности функций желез внутренней
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
секреции. Введение же гормональных препаратов коры надпочечников
один раз в сутки в период максимума активности исключает такой эффект.
Максимальный уровень секреции АДГ приходится на ночные часы, что
способствует ограничению диуреза и поддерживает условия ночного отдыха.
Ритмичность функционирования системы гормональной регуляции
очень значима и жизненно важна для осуществления нормальной
деятельности организма.
Лекция 21. Стресс
Страсти – это ветры, надувающие
паруса корабля. Они иногда его топят, но
без них он не может плавать.
Ф. Вольтер
1. Понятие о стрессе. Классификация стрессорных реакций
Стресс (от англ. stress – давление, нажим, напряжение) – неспецифическая адаптивная нейро-эндокринная реакция организма, направленная на ограничение действия факторов, способных нарушить гомеостаз. Он охватывает
комплекс изменений на всех уровнях – от молекулярного до поведенческого.
Биологическая роль стресса адаптивная. Он предназначен для защиты организма от угрожающих, разрушающих воздействий. Воздействия,
вызывающие стресс, называются стрессорами. Различают физические
стрессоры (шум, охлаждение, перегревание, недостаток кислорода, кровопотеря, травма, интоксикация, инфекция, физическая нагрузка, лишение
пищи и др.) и психические (неожиданное прикосновение или любой другой
сигнал опасности, одиночество или перенаселение, информационные перегрузки, дефицит времени, столкновение конкурирующих мотиваций и др.).
В соответствии с двумя видами стрессоров различают физиологический и
психологический стресс. Последний подразделяют на информационный и
эмоциональный. У человека, однако, практически все стрессы являются
психоэмоциональными, т. к. действие любых физических факторов обычно
вызывает и эмоциональную реакцию.
Выраженность стрессорной реакции и её последствия для здоровья
определяются не только характером стрессора и его силой, но и
количественными временными характеристиками, т. к. установлен отчетливый
кумулятивный эффект пережитых стрессов. Поэтому по длительности стрессы
подразделяют на острые (продолжительностью несколько минут, часов),
подострые (в течение нескольких месяцев) и хронические.
Неспецифичность стрессорных реакций выражается в общности,
стереотипности их проявления, независимо от вида стрессора. Наряду со
стрессорными, естественно, развиваются и специфические адаптивные ре176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
акции, например, снижение теплопродукции и увеличение теплоотдачи
при повышении температуры окружающей среды; выработка специфических антител при появлении в ткани чужеродного белка, сужение зрачка
при действии яркого света и др.
Стрессорные (неспецифические) реакции в ряде случаев видоизменяются. Так, при психоэмоциональных стрессах ведущим нейрогуморальным звеном часто является симпато-адреналовая система, а при
физиологических – гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая.
В одних и тех же условиях у разных людей стрессы могут протекать
по-разному; основной «удар» может падать на разные системы: сердечнососудистую, пищеварительную или иммунную.
2. Стадии развития стрессорной реакции
Начало создания концепции стресса связано с именем канадского
ученого Г. Селье. Еще студентом медицинского факультета Пражского
университета, работая в университетской клинике инфекционных болезней, Г. Селье обратил внимание на то, что первые проявления разнообразных инфекций одинаковы (слабость, повышенная температура, снижение
аппетита) и только спустя несколько дней появляется характерная картина
заболевания. Тогда уже он стал разрабатывать свою гипотезу общего адаптационного синдрома (ОАС).
В 1936 г., описав впервые ОАС, или синдром биологического стресса, Г. Селье выделил три его стадии: стадию тревоги (I), стадию резистентности (II) и стадию истощения (III).
Согласно Г. Селье, I-я стадия стресса (тревоги, беспокойства) состоит в мобилизации адаптационных возможностей организма за счет нейро-эндокринных эрготропных механизмов, обеспечивающих значительное
преобладание катаболических реакций, дающих энергию для борьбы и
бегства. Эта стадия, как стало ясно в последующем, обеспечивается усилением восходящих влияний ретикулярной формации, активности лимбической системы и коры больших полушарий, что приводит к возбуждению
симпато-адреналовой системы, которая, в свою очередь, может способствовать мобилизации другой регуляторной оси: «гипоталамус – гипофиз –
кора надпочечников».
Характерные реакции надпочечников, иммунной системы и желудочно-кишечного тракта описаны еще Г. Селье как триада стресса: 1) повышение активности коркового слоя надпочечников, 2) уменьшение
(сморщивание) вилочковой железы (тимуса) и других лимфоидных органов и 3) точечные кровоизлияния и кровоточащие язвочки в слизистой
оболочке желудка и кишечника.
Позднее было показано, что в первой фазе стресса может повышаться
секреция вазопрессина, тироксина и паратгормона. Известно, что тироксин и
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
паратгормон поддерживают катаболическую направленность метаболизма.
Гиперсекреция паратгормона может даже опережать активацию коры надпочечников, что, наряду с катаболическими эффектами, обеспечивает повышение концентрации в плазме крови кальция. Последний, как известно, повышает активность многих синапсов, клеточных мембран, в частности, в эндокринных железах, увеличивает сократительную активность миокарда.
II-я стадия стресса – стадия резистентности, сопротивления, адаптации – характеризуется восстановлением равновесия между катаболическими и анаболическими реакциями. Это обеспечивается повышением
секреции таких анаболических гормонов, как соматотропный гормон
(СТГ), инсулин; увеличивается продукция минералокортикоидов. При
этом признаки тревоги практически исчезают, а уровень сопротивляемости
организма поднимается значительно выше обычного. Устойчивость к действию стрессора при этом повышается, возрастает резистентность и к другим неблагоприятным воздействиям, улучшается общее самочувствие, растет уровень здоровья. Такое явление Г. Селье назвал «эустрессом», т. е.
«хорошим стрессом».
III-я стадия – фаза истощения, или «дистресса». Она развивается в
результате длительного действия стрессорного раздражителя или при действии сильного стрессора, при исчерпании адаптивных резервов и может
проявляться в новом повышении активности эрготропных механизмов или,
напротив, трофотропных реакций. Исходом этой стадии может быть срыв
адаптивных механизмов, развитие болезни или смерть.
Механизм развития стресса представляется следующим образом.
Стрессор, действуя на рецепторы, вызывает возбуждение первичных сенсорных зон коры больших полушарий головного мозга. Оценка возникшей
опасности вызывает возбуждение симпатических центров, усиливая деятельность симпато-адреналовой системы. Симпатическая стимуляция вызывает у человека усиленный выброс в кровь смеси адреналина (А) и норадреналина из мозгового слоя надпочечников. Кровь обогащается адреналином
и норадреналином. У различных животных соотношение секреции А и НА в
мозговом веществе надпочечников значительно варьируется. Так, у льва НА
составляет 79–80 %, у кролика же выделяется почти исключительно адреналин. Катехоламины, проникая через гемато-энцефалический барьер, стимулируют в гипоталамусе образование кортиколиберина (рилизинг-фактора),
который, стекая к передней доле гипофиза, вызывает в нем повышение выработки кортикотропина, или адренокортикотропного гормона. Под влиянием этого гормона в коре надпочечников увеличивается синтез кортикостероидов (КС) и содержание их в крови нарастает.
Как только содержание кортикостероидов в крови достигает верхней
границы нормы, срабатывает закон обратной связи. Проникая через гематоэнцефалический барьер в спинномозговую жидкость и мозг, кортикостероиды
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тормозят образование кортиколиберина в гипоталамусе. Автоматически приостанавливается образование кортикотропина и его уровень в крови падает.
При длительных и особо угрожающих жизни стрессогенных воздействиях в механизме обратной связи, прерывающей секрецию КС, могут
возникать сбои. Обнаружено, что при этом КС прочнее связываются с
транспортным белком крови – транскортином (Т). Комплекс КС + Т задерживается гемато-энцефалическим барьером. Поэтому в мозг перестает
поступать информация об избытке КС в крови и секреция кортикотропина
не прерывается. Когда отрицательная обратная связь, ограничивающая
рост уровня КС, не срабатывает, начинается III-я стадия стресса – стадия
истощения. Избыточное накопление гормонов коры надпочечников в жидких средах организма ведет к расстройству функций, которое распространяется постепенно на нервную и эндокринную системы, захватывая сердце, сосуды, легкие, органы пищеварения.
3. Психические, поведенческие
и висцеральные проявления стресса
Первая стадия стресса обычно характеризуется повышенной психической активностью, характерной для радости, восторга, счастья, волнения, тревоги, страха, гнева, ярости, агрессии, ужаса, паники.
При этом обычно повышается и мышечная активность, которая может приобретать тонический характер, как бы обеспечивая готовность к
бегству или нападению. Напрягаются мышцы шеи, спины, лба. Интенсивное мышечное сокращение может быть причиной накопления метаболитов
и болей в области головы, шеи, поясницы.
Защитная роль I-й стадии стресса (реакции тревоги) преимущественно связана с эффектами воздействия А и НА. Увеличение уровня А и НА в
крови и тканях организма является первым химическим звеном в развитии
стресса. Нередко их называют «аварийными гормонами». Они активируют
деятельность сердечно-сосудистой системы и обмен веществ.
Наиболее общей висцеральной реакцией для первой фазы всех видов
стресса является активация сердечно-сосудистой системы – основного «концевого органа» стрессовой реакции. Повышаются частота и интенсивность сокращений сердца, могут развиться аритмии; увеличиваются минутный объём
крови и АД; повышается кровоток в миокарде, головном мозге, скелетных
мышцах, снижается – в области кожи и в стенках внутренних органов.
Повышаются глубина и частота дыхания, расширяются бронхи,
зрачки. Может повышаться (благодаря гиперсекреции глюкокортикоидов)
секреция пищеварительных ферментов, в то же время избыток катехоламинов вызывает сужение кровеносных сосудов этих органов – развиваются
условия для самопереваривания их стенки – могут формироваться эрозии и
язвы. Увеличивается ОЦК, возрастает концентрация в крови эритроцитов,
179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нейтрофильных лейкоцитов, снижается количество лимфоцитов и эозинофилов; повышаются свертываемость крови и СОЭ.
С ростом секреции КС могут поддерживаться гомеостатические реакции
организма, т. к. КС обладают противовоспалительным, десенсибилизирующим, антиаллергическим, противошоковым и антитоксическим действием.
Образование новых антител глюкокортикоиды тормозят. Это может
быть причиной развития при тяжелых и хронических стрессах иммунодефицита, в частности, способствующего формированию опухолей.
На примере действия стрессора можно проследить взаимодействие
нейроэндокринной и иммунной систем организма.
По особенностям функционирования симпато-адреналовой системы
у человека (соотношению выделения А и НА) можно прогнозировать успешность его деятельности в трудных условиях стресса. Так, у спортсменов увеличение в предстартовом периоде уровня НА в 2–3 раза – благоприятный признак («стресс льва»), тогда как увеличение в 5–10 раз уровня А является показателем чрезмерной психоэмоциональной напряженности и сниженных спортивных результатов («стресс кролика»).
Известно, что А осуществляет быструю мобилизацию энергетических
возможностей организма, что очень важно при непродолжительных и интенсивных нагрузках. Он относится к гормону кратковременного действия, так
как в крови и тканях быстро разрушается под действием фермента моноаминоксидазы, тогда как НА поддерживает энергетику организма в течение долгого времени. В ответ на стрессор секреция А начинается раньше, чем НА.
Состояние страха, тревоги, ужаса, ожидания опасности обычно сопровождается преимущественным выделением в кровь А. Состояние же
умственного и физического напряжения, преодоления психических препятствий, повышения выносливости обычно реализуется на фоне высокого
выделения НА и его преобладания над А. Последний называют гормоном
тревоги, а НА – гормоном гомеостаза. Однако значение А для организма
шире, чем обеспечение тревоги. По данным М. Франкенхойзер, лица с высоким уровнем А в обычных, нестрессовых условиях работают значительно лучше. В условиях же стресса более приспособленными к деятельности
оказываются лица с низким содержанием А в крови.
Стресс влияет на эффективность деятельности. При высоком уровне
стрессовой напряженности падает работоспособность. Рост сердечнососудистых заболеваний (ишемической болезни сердца, гипертонии) в современном обществе, возникновение язвенной болезни связывают с возросшими эмоциональными перегрузками, с увеличением стрессорных воздействий. Многие соматические болезни имеют неврогенное происхождение. Основа для понимания причин возникновения и механизмов неврогенных заболеваний была заложена учением И. П. Павлова об экспериментальных неврозах. Благодаря достижениям современной нейрофизиологии
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
павловское учение переживает новый период развития, что связано с выяснением нервных и биохимических механизмов стресса.
Доказано, что постстрессорные нарушения могут «передаваться» от
стрессированных животных интактным. Предполагаемый механизм – обонятельно-запаховый: «запах страха» индуцирует стресс у других животных.
Ряд исследователей проводит параллели между стрессом и старением. Общим для этих двух процессов является, в частности, повышенное
содержание продуктов перекисного окисления липидов, оказывающих повреждающее действие на мембраны клеток.
До 90 % всех заболеваний, а также алкоголизм, наркомания и самоубийства могут быть следствием стрессов.
В частности, на Конгрессе Европейского общества кардиологов в
2004 г. в Мюнхене были представлены результаты одного из крупнейших
международных эпидемиологических исследований по изучению факторов
риска развития инфаркта миокарда (ИМ). В исследование были включены
27 тыс. пациентов, перенесших ИМ, практически со всего мира (всего
52 страны). Было установлено, что независимо от географического положения, социально-экономического уровня развития, этнической принадлежности, возраста и пола пациентов, существует 9 основных факторов
риска развития ИМ, среди которых стресс оказался на третьем месте после
аномального соотношения липопротеидов и курения, опередив по значимости ожирение, гиподинамию и др.
4. Антистрессорные системы организма
Экспериментальное изучение стресслимитирующих, или антистрессорных систем было специально предпринято Ф. З. Меерсоном и его учениками (1982–1992). Ими было показано, в частности, что при повторных
кратковременных стрессах умеренной интенсивности у животных значительно повышается устойчивость к развитию повреждений тканей, вызываемых значительными стрессорами. Эта устойчивость обусловлена накоплением в различных тканях модуляторов стресс-реакций, которые ограничивают избыточную активность адренергических синапсов, повышают
стабильность клеточных мембран и тем самым ограничивают стрессорные
нарушения функций мозга, сердца, желудка, иммунных реакций и др.
Таким образом, повторные и умеренные стрессы, совершенствуя
стресслимитирующие системы, могут повысить устойчивость организма к
повреждениям, обычно вызываемым чрезмерными стрессами. На нашей
кафедре, в частности, показано, что адаптация крыс к чередованию периодического действия холода и физической нагрузки существенно повышает
устойчивость к развитию стрессорных нарушений ритма и сократительной
активности сердца (И. Г. Халиулин, Н. А. Барбараш, Ф. З. Меерсон, 1988).
181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К антистрессорным факторам можно отнести синтезируемые в периферических органах и в мозге биологически активные вещества различной
природы: простагландины, антиоксиданты, опиоидные пептиды (эндорфины, энкефалины), субстанцию Р и пептид дельта-сна, а также тормозные
медиаторы мозга, например, ГАМК.
Некоторые гормоны, в частности, анаболические – инсулин, тестостерон, ограничивая активность глюкокортикоидов и катехоламинов и
способствуя развитию стадии резистентности, также могут быть отнесены
к антистрессорным факторам. Переход от стадии тревоги к стадии резистентности облегчается тиреокальцитонином щитовидной железы и гормонами эпифиза.
Молекулярные механизмы развития стрессорной реакции в настоящее время связывают с появлением в клетках стресс-белков, или так называемых белков теплового шока (БТШ), защищающих клетки от повреждающих факторов стресса (свободных радикалов, эндогенных ингибиторов
Na-K-АТФ-азы, избытка NO и др.). Так как обнаружены нейропротекторные свойства белков стресса, существует перспектива их использования
для ускорения реабилитации после различных видов стресса.
Устойчивость к стрессам или, напротив, повышенная к ним склонность представляют собой качества, характеризующие отдельных людей и
привлекающие сегодня все большее и большее внимание исследователей.
Несмотря на то, что этот аспект еще слабо изучен, ясно, что такие свойства
могут быть врожденными. Так, женщины обычно легче мужчин переживают острые стрессы. Интроверты, испытывая частые стрессы, превращающиеся в хронические, легче переживают острые стрессы, будучи к
ним адаптированными.
Имеют значение и некоторые приобретаемые свойства личности.
М. Фридман и Р. Розенман (1959) описали так называемый личностный
тип А, характеризующийся высокой склонностью к стрессам и развитию в
связи с этим ишемической болезни сердца. Людей этого типа характеризуют высокий жизненный темп, соревновательность, настойчивое желание
признания у окружающих, агрессивность. Личностные характеристики типов В и АВ можно считать своеобразными антистрессорными факторами.
Особенности личности типа А в юношеском возрасте изучены на нашей
кафедре М. Я. Тульчинским и Д. Ю. Кувшиновым (2007).
Модулировать уровень стрессорного напряжения могут многие факторы, в том числе характер питания. Прием кофе, шоколада, чая, например, благодаря наличию в этих продуктах метилированных ксантинов способствует повышению стрессреактивности. С другой стороны, продукты,
содержащие большое количество аскорбиновой кислоты и других естественных антиоксидантов, обладают антистрессорными свойствами, защищая биологические мембраны от перекисного распада.
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Количественная оценка стрессов
Существует большое количество психометрических опросников и
шкал, позволяющих оценивать уровень стресса. Разработаны и более
сложные методики. Так, повышенный базовый уровень кортизола в крови,
отсутствие его физиологического снижения в ночное время суток, а также
отсутствие физиологического повышения в условиях стрессовой стимуляции
считаются надежными маркерами повышенного уровня стресса.
6. Адаптивная роль стрессов в жизни человека
Фактором патологии могут быть затянувшиеся и чрезмерные стрессы.
Однако умеренный стресс играет значительную положительную роль, что неоднократно отмечал Г. Селье, оценивавший стресс как «приправу к жизни».
Ранняя неспецифическая – стрессорная – реакция организма на неблагоприятное воздействие способствует эффективному запуску и реализации специфических адаптивных реакций.
Стрессы формируются у ребенка еще во внутриутробном периоде.
По данным советского физиолога И. А. Аршавского, их причиной могут
быть движения матери, создающие умеренный дефицит кислорода, в борьбе за который ребенок развивает двигательную активность, а это ускоряет
формирование многих систем его организма. Если мать переедает и ее
кровь содержит избыток питательных веществ, двигательная активность
плода, напротив, снижается и его развитие тормозится.
Роды формируют стресс не только у матери, но и у новорождённого,
концентрация КА в крови которого превышает показатели матери. Естественные роды и связанное с ними повышение активности симпатоадреналовой системы способствуют, в частности, секреции сурфактанта и
нормальному «расправлению» легочной ткани ребенка.
Умеренные стрессы детства, возникающие при игровом общении детей, положительные и отрицательные эмоции, формирующиеся в процессе
знакомства ребенка с окружающим миром, двигательная активность и периодические охлаждения могут способствовать физическому, эмоциональному и интеллектуальному развитию.
До известного предела возрастание психического напряжения может
выступать в качестве стимулятора деятельности. Так, умеренные стрессы
могут способствовать повышению настроения, работоспособности и обеспечивают обезболивающий эффект, что представляется важным в периоды
повышенных требований к организму: на экзаменах и защитах диссертаций, в момент выполнения сложных операций, при публичных выступлениях. С этим связано представление о положительной роли стресса, в отличие от дистресса, отрицательно сказывающегося на состоянии здоровья.
183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Доказательством адаптивной роли умеренных стрессов является и
существование U-образной взаимосвязи стрессреактивности с показателями здоровья (М. В. Миляева, 1994), т. е. не только интенсивные и длительные стрессы могут причинять ущерб организму, но и недостаточная стрессреактивность может быть одним из прогностических признаков снижения
резервов здоровья у лиц юношеского возраста.
Стресс является составной частью жизни каждого человека, и его
нельзя избежать так же, как необходимость еды и питья. Стресс – это аромат и вкус жизни. Естественная природа стрессовых ситуаций проявляется
в том, что жизнь без стресса немыслима, а «полная свобода от стресса, –
как пишет Г. Селье, – означает смерть».
Следующий раздел лекции ориентирован на ограничение дистрессов.
7. Приемы поведенческой антистрессорной защиты человека
I-й этап – профилактика стрессов.
Важнейшим условием защиты человека от сильных психических стрессов является его жизненная стратегия, в частности, система ценностей. Мудрость долгожителей состоит в том, что они довольны своей жизнью: «Все, чем
я обладаю, прекрасно, а если у меня чего-то нет, это не имеет значения».
Развитию психологической устойчивости способствуют также оптимизм и юмор. Избыточную реакцию на стрессоры предупреждает и регулярная аэробная физическая нагрузка (ходьба, бег, плавание и др.). При
этом повышается выделение из нервных клеток эндорфинов – медиаторов
антистрессорных систем.
Важное значение имеет прием с пищей достаточного количества витаминов А, С и Е, ограничивающих при стрессах образование эндоперекисей липидов и их отрицательное влияние на клеточные мембраны.
II-й этап – ограничение стресса.
Стрессы развиваются у каждого человека, даже устойчивого к ним. Тем
не менее, уже возникший стресс можно ограничить определенными методами.
В первую очередь, нужно постараться избавиться от стрессора (например, не смотреть на обидчика, уйти в сторону).
Внезапное и сильное эмоциональное возбуждение можно снизить
плотным сжатием губ и медленными дугообразными движениями языка по
нёбу. Велико успокаивающее действие редкого дыхания, которого можно
добиться, удлиняя выдох и тем самым повышая активность парасимпатической нервной системы.
Для экстренного снятия напряжения может быть также использовано
общее расслабление мускулатуры.
Цветовая культура человека также является фактором, способным
повлиять на его настроение и психические стрессы. Зеленые и синие цвета
действуют успокаивающе, красный – возбуждает.
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
III-й этап – избавление от стресса.
Устранить затянувшийся стресс, когда причина его уже отсутствует,
помогут: прогулка, физическая нагрузка, музыка, теплая ванна, общение с
животным, приятные воспоминания, полноценный сон. Есть и другие способы понизить напряжение, например, посоветоваться, просто выговориться другу или даже выплакаться. Какими бы горькими ни были слезы,
они способствуют разрядке отрицательных эмоций – после них на душе
светлее. «Слеза всегда смывает что-то и утешение несет», – писал В. Гюго.
Стремясь ограничить эффекты отрицательных эмоций, некоторые
люди становятся жертвой саморазрушающих привычек: переедания, курения, пьянства, наркомании. У человека существует огромное множество
способов безопасного предупреждения и снятия стрессорного напряжения.
Универсальных рецептов нет, однако каждый может избрать для себя более доступные и адекватные.
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отпечатано редакционно-издательским отделом
Кемеровской государственной медицинской академии
Подписано в печать 26.02.2008.
Гарнитура таймс. Тираж 200 экз.
Формат 21×30½ У.п.л. 10,8.
Печать трафаретная.
650029, Кемерово,
ул. Ворошилова, 22а.
Тел./факс. +7(3842)734856;
[email protected]
Требования к авторам см. на http://www.kemsma.ru/rio/forauth.shtml
Лицензия ЛР № 21244 от 22.09.97
186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
190
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
38
Размер файла
2 487 Кб
Теги
2315
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа