Практическое применение парабиоза в медицине. Лабильность, парабиоз и его фазы (Н.Е.Введенский). Физиология щитовидной и околощитовидной желез

«Свои факты Н. Е. Введенский поставил главным образом
на нервном волокне. Мы эти факты нашли в центральной нервной системе»

Н.Е. Введенский выпустил книгу: «Возбуждение, торможение и наркоз», где показал, что живая ткань реагирует на внешние раздражители неодинаково , её поведение представляет несколько фаз.

Первая фаза: «Провизорная стадия» по Н.Е. Введенскому - это исчезновение различий в действии слабых и сильных ритмических раздражений (в отечественной литературе чаще используют название этой фазы, данное его учеником - К.М. Быковым – «уравнительная»);

Вторая фаза: «Парадоксальная стадия» по Н.Е. Введенскому - на сильное раздражение возникает слабая реакция ткани, в ответ на слабые раздражения – более сильный ответ, чем на сильное раздражение;

Третья стадия: «Экзальтационная стадия» по Н.Е. Введенскому - потеря способности ткани отвечать на раздражение (в отечественной литературе обычно используют название этой фазы, данное К.М. Быковым – «тормозная»).

Замечу, что до работ Н.Е. Введенского считалось, что ткань реагирует на внешне раздражение более или менее одинаково. Вот как об этом пишет ученик Н.Н. Введенского:

«Постоянство рефлекторной реакции считалось настолько необходимым отправным пунктом при анализах (а только постольку, поскольку дуга работает постоянно, она и была таким надёжным элементом для анализа), что люди тенденциозно закрывали глаза на то, что фактические рефлекторные дуги, когда мы их экспериментально изучаем и раздражаем, могут давать чрезвычайно разнообразные эффекты, далеко непостоянные и иногда даже прямо противоположные тем, которые мы от них ожидаем спервоначала. Возникло учение о рефлекторных извращениях - «reflex-reversal», как говорят английские физиологи. Тема о «reflex-reversal» - одна из тех, которые чрезвычайно оживленно разрабатываются до наших дней. Здесь - Вы чувствуете - идет речь о том, что рефлекторные дуги, которые мы считаем постоянно функционирующими аппаратами, в некоторых случаях - это принимается как исключение и аномалия - дают отклонение от того, что им по штату полагается, отклонения, доходящие даже до противоположности. Когда мы говорим о «reflex-reversal», то Вы чувствуете, что принимается какая-то норма, и эта норма для каждой рефлекторной дуги берётся за солидное, основное явление, которому противополагаются, аномалии и извращения. Та школа, к которой я принадлежу, школа профессора Н. Е. Введенского , отнюдь не смотрит на извращения эффекта на одном и том же физиологическом субстрате как на нечто исключительное и аномальное. Она считает их общим правилом, ибо ей известно, что постоянные реакции на одном и том же субстрате получаются только в зависимости от опредёленных условий, в которых мы наблюдаем данный физиологический аппарат, - и нам также известно, что при перемене условий раздражения того же субстрата, как правило, совершенно как норма, мы получаем эффект, сильно отклоненный от первоначального или даже прямо ему противоположный , т. е. явление возбуждения переходит в явление торможения. На одном и том же субстрате в зависимости от нескольких независимых переменных: во-первых, от количественной характеристики раздражителя, именно от частоты раздражителя и от силы его, затем, от того состояния функциональной подвижности, в котором сейчас реагирующий прибор находится, - мы имеем эффекты, закономерно переходящие от возбуждения к торможению».

Ухтомский А.А., Доминанта, М.,–Л., «Наука», 1966 г., с. 73-74.

И ещё:

«Согласно Н.Е. Введенскому , торможение есть своеобразная модификация возбуждения: распространяющееся возбуждение закономерно превращается в нераспространяющийся, застойный процесс, или стоячую волну (торможение). Закономерность эта состоит в том, что чем выше ритм воздействующих импульсов и чем ниже лабильность нервных образований , тем быстрее и легче возбуждение переходит в торможение. Таким образом, противоположность этих двух процессов чисто функциональная при общности физико-химической основы».

Кондаков Н.И., История философии в СССР в пяти томах, том III, М., «Наука», 1968 г., с. 484.

СТРОЕНИЕ НАТРИЕВЫХ КАНАЛОВ

Na + -потенциало-зависимые каналы плазматических мембран являются весьма сложными белковыми комплексами, имеющими большое многообразие форм в различных тканях. Они обладают общим свойством высокой чувствительностью к ингибирующему действию тетродотоксина (ТТХ) и сакситоксина (СТХ).Представляют собой интегральный белок (М 260 000 - 320 000) состоящий из α- и β-субъединиц. Основные свойства канала определяет α-субъединица, имеющая 4 сходных фрагмента, каждый из которых представлен 6 трансмембранными доменами, которые образуют псевдосимметричную структуру прошивающую насквозь липидный бислой. В центре такой структуры находится пора, напоминающая цилиндр, через которую проходят ионы натрия. С внутренней стороны пора выстлана отрицательно заряженными аминокислотами, а роль сенсора потенциала выполняют аминокислоты (аргинин и лизин) несущие положительный заряд.

Рис. 2. Двумерная модель потенциал-зависимого натриевого канала. Модель предполагает наличие 4 доменов, каждый из которых состоит из 6 трансмембранных α-спиралей белка. α-спирали IV домена чувствительны к изменениям мембранного потенциала. Их перемещение в плоскости мембраны (конформация) переводит канал в активное (открытое) состояние. Внутриклеточная петля между III и IV доменами функционирует как закрывающий воротный механизм. Изберательным фильтром является часть внеклеточной петли между спиралями 5 и 6 у IV домена.

Также, α-субъединица имеет в своей структуре аминокислотную последовательность, гомологичную "ЕF-руке" Са-связывающих белков, типа кальмодулин. Управляющие ворота у них двух типов-активационные (m-ворота) и инактивационные (h-ворота).

Рис. 3. Клеточная мембрана. Натриевый канал.

В условиях функционального покоя (Емп=- 80 мВ), активационные ворота закрыты, но готовы в любой момент открыться, а инактивационные ворота открыты. При снижении мембранного потенциала до -60 мВ, активационные ворота открываются, обеспечивая прохождение ионов Na + через канал в клетку, но вскоре начинают закрываться инактивационные ворота, вызывая инактивацию натриевого канала и прохождение ионов через канал. Некоторое время спустя активационные ворота закрываются, а инактивационные ворота, по мере реполяризации мембраны, открываются, и канал готов к новому циклу работы.

СТАДИИ ПАРАБИОЗА

Различают три стадии парабиоза: уравнительную, парадоксальную и тормозную.

При нормальном функциональном состоянии возбудимой ткани воспроизводство частых и редких потенциалов действия осуществляется без изменения. В участке, который подвергнут длительному воздействию раздражителя (альтерации), в связи с нарушением реактивации натриевых каналов, происходит замедление развития потенциала действия. В результате часть потенциалов действия идущих с высокой частотой (сильное возбуждение), «гасится» в альтерированном участке. Редкие потенциалы действия (слабое возбуждение) воспроизводятся без изменения, так как времени для реактиваци натриевых каналов при низкой частоте в первую фазу парабиоза еще достаточно. Поэтому сильное и слабое возбуждение, проходят через парабиотический участок почти в одном частотном ритме, наступает первая – уравнительная фаза.

По мере углубления инактивации натриевых каналов наступает фаза, когда потенциалы действия с редким ритмом раздражения проходят через участок альтерации, а с частым ритмом раздражения вызывают еще большее углубление нарушения реактивации натриевых каналов и практически не восппроизводятся -–наступает парадоксальная фаза.

Рис. 4. Парабиоз. 1-фоновое сокращение, 2-уравнительная фаза, 3-парадоксальная фаза, 4-тормозная фаза.

В конечном итоге, развивается полная инактивация натриевых каналов; проводимость в участке подвергнутом альтерации полностью исчезает, и сильное, и слабое возбуждение через него уже не может пройти. Наступает тормозная фаза парабиоза. Таким образом, при развитии парабиоза уменьшается возбудимость, проводимость и лабильность возбудимой ткани и повышается ее аккомодация.

Лабильность (от лат. labilis – скользящий, неустойчивый). Функциональная подвижность, свойство возбудимых тканей воспроизводить без искажения частоту наносимых ритмических раздражителей. Мера лабильности – максимальное число импульсов, которое данная структура может передать в единицу времени без искажений. Термин предложен Н.Е. Введенским в 1886 году. По лабильности нейроны из разных областей центральной нервной системы сильно отличаются. Например, двигательные нейроны спинного мозга обычно воспроизводят частоты не выше 200-300 Гц, а вставочные нейроны – до 1000 Гц. Как правило, лабильность аксона нейрона намного выше лабильности тела этого же нейрона.

Возбудимость – способность тканей воспринимать воздействие раздражителей и отвечать на них реакцией возбуждения. Возбудимость связана со специфической чувствительностью клеточных мембран, с их свойством отвечать на действие адекватных раздражителей изменениями ионной проницаемости и мембранного потенциала. Количественной характеристикой возбудимости является порог возбуждения, который характеризуется пороговой силой раздражителя – минимальной силой, способной вызвать ответ возбудимой ткани. Чем выше порог возбуждения, тем больше пороговая сила раздражителя и тем меньше возбудимость ткани.

Аккомодация (от лат. accomodatio – приспособление). Привыкание возбудимой ткани к действию медленно нарастающего или постоянно действующего раздражителя. В основе аккомодации лежит постепенная углубляющаяся инактивация натриевых каналов. Порог возбудимости при аккомодации возрастает, а возбудимость ткани соответственно падает. Инактивация натриевых каналов возникает как следствие длительной деполяризации, вызванное подпороговыми раздражителями. Развивается по тем же законам, что и катодическая депрессия Вериго при длительном дейчтвии постоянного тока при замыкании цепи на катоде.

Проводимость – способность возбудимой ткани проводить возбуждение. Количественно характеризуется по скорости распространения возбуждения в единицу времени (м/с, км/ч и т.д.).

Рефрактерность (франц. Refractaire – невосприимчивый) – кратковременное снижение возбудимости нервной и мышечной ткани во время и вслед за потенциалом действия.

Особенностью парабиотического процесса наряду с его стойкостью и непрерывностью, является его способность углубляться под влиянием приходящих импульсов возбуждения. Поэтому чем сильнее и чаще приходящие импульсы, тем больше углубляют они состояние местного возбуждения в парабиотической области и тем больше затрудняют дальнейшее прведение.

Парабиоз обратимое явление. При снятии альтерирующего агента возбудимость, лабильность и проводимость в данном участке восстанавливаются. При этом все фазы парабиоза проходят в обратном порядке (тормозная, парадоксальная, уравнительная).

МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕОРИИ ПАРАБИОЗА

Многие физиологические состояния человека и животных, такие как развитие сна, гипнотические состояния, можно объяснить с позиций парабиоза. Помимо этого, функциональное значение парабиоза определяется механизмом действия некоторых лекарственных средств. Так в основе дейcтвия местных анастетиков (новокаин, лидокаин и др), анальгетиков, средств для ингаляционнго наркоза лежит данное явление.

Местные анестетики (от греч. an – отрицание, aesthesis – чувствительность) обратимо снижают возбудимость чувствительных нервных окончаний и блокируют проведение импульса в нервных проводниках в месте непосредственного применения. Эти вещества используются для устранения боли. Впервые препарат из этой группы кокаин был выделен в 1860 году Альбертом Ниманом из листьев южноамериканского кустарника Erythroxylon coca. В 1879 году В.К. Анреп профессор военно-медицинской Академии С.-Петербурга подтвердил способность кокаина вызывать анестезию. В 1905 году Э. Эйндхорн синтезировал и применил для местной анестезии новокаин. С 1948 года используется лидокаин.

Местные анестетики состоят из гидрофильной и липофильной части, которые соединяются эфирной или алкидной связями. Биологически (физиологически) активной частью является липофильная структура, образующая ароматическое кольцо.

В основе механизма действия местных анестетиков лежит нарушение проницаемости быстрых потенциалозависимых натриевых каналов. Эти вещества связываются с открытыми натриевыми каналами во время потенциала действия и вызывают их инактивацию. Местные анестетики не взаимодействуют с закрытыми каналами в период потенциала покоя и каналами, находящимися в инактивированном состоянии, во время развития фазы реполяризации потенциала действия.

Рецепторы для местных анестетиков расположены в S 6 сегменте IV домене внутриклеточной части натриевых каналов. В этом случае действие местных анестетиков снижают проницаемость активированных натриевых каналов. Это в свою очередь вызывает увеличение порога возбуждения, и в конечном итоге, к снижению возбудимости ткани. При этом наблюдается уменьшение числа потенциалов действия и скорости проведения возбуждения. Вследствие этого в области нанесения местных анестетиков формируется блок для проведения нервных импульсов.

По одной из теорий механизм действия средств для ингаляционнго наркоза также описывается с позиций теории парабиоза. Н.Е. Введенский полагал, что средства для ингаляционнго наркоза действуют на нервную систему как сильные раздражители, вызывая парабиоз. При этом происходит изменение физико-химических свойств мембраны и изменение активности ионных каналов. Все эти процессы вызывают развитие парабиоза с уменьшением лабильности, проводимости нейронов и центральной нервной системы в целом.

В настоящее время термин парабиоз используется в частности для описания патологических и экстремальных состояний.

Примером патологического состояния являются экспериментальные неврозы. Они развиваются в результате перенапряжения в коре головного мозга основных нервных процессов – возбуждения и торможения, их силы и подвижности. Неврозы при повторяющемся перенапряжении высшей нервной деятельности могут протекать не только остро, но и хронически на протяжении многих месяцев или лет.

Неврозы характеризуются нарушением основных свойств нервной системы, в норме определяющих взаимоотношения процессов раздражения и возбуждения. Вследствие этого могут наблюдаться ослабление работоспособности нервных клеток, нарушение уравновешенности и др. Кроме этого для неврозов характерны фазовые состояния. Их сущность заключается в расстройстве между действием раздражителя и ответной реакцией.

Фазовые явления могут возникать не только в патологических условиях, но также весьма кратковременно, на протяжении нескольких минут, при переходе от бодрствования ко сну. При неврозе различают следующие фазы:

1. Уравнительная

В этой фазе все условные раздражители независимо от их силы дают одинаковый ответ.

2. Парадоксальная

В этом случае слабые раздражители дают сильный эффект, а сильные – наименьший эффект.

3. Ультрапарадоксальная

Фаза, когда положительные раздражители начинают действовать как отрицательные, и наоборот, т.е. происходит извращение реакции коры головного мозга на действие раздражителей.

4. Тормозная

Она характеризуется ослаблением или полным исчезновением всех условнорефлекторных реакций.

Однако не всегда удается наблюдать строгую последовательность в развитии фазовых явлений. Фазовые явления при неврозах совпадают с фазами, ранее открытыми Н.Е. Введенским на нервном волокне при переходе его в парабиотическое состояние.

Нервные волокна обладают лабильностью - способностью воспроизводить определенное количество циклов возбуждения в единицу времени в соответствии с ритмом действующих раздражителей. Мерой лабильности является максимальное количество циклов возбуждения, которое способно воспроизвести нервное волокно в единицу времени без трансформации ритма раздражения. Лабильность определяется длительностью пика потенциала действия, т. е. фазой абсолютной рефрактерности. Так как длительность абсолютной рефрактерности у спайкового потенциала нервного волокна самая короткая, то лабильность его самая высокая. Нервное волокно способно воспроизвести до 1000импульсов в секунду.

Явление парабиоза открыто русским физиологом Н.Е.Введенским в 1901 г. при изучении возбудимости нервно-мышечного препарата. Состояние парабиоза могут вызвать различные воздействия – сверхчастые, сверхсильные стимулы, яды, лекарства и другие воздействия как в норме, так и при патологии. Н. Е. Введенский обнаружил, что если участок нерва подвергнуть альтерации (т. е. воздействию повреждающего агента), то лабильность такого участка резко снижается. Восстановление исходного состояния нервного волокна после каждого потенциала действия в поврежденном участке происходит медленно. При действии на этот участок частых раздражителей он не в состоянии воспроизвести заданный ритм раздражения, и поэтому проведение импульсов блокируется. Такое состояние пониженной лабильности и было названо Н. Е. Введенским парабиозом. Состояние парабиоза возбудимой ткани возникает под влиянием сильных раздражителей и характеризуется фазными нарушениями проводимости и возбудимости. Выделяют 3 фазы: первичную, фазу наибольшей активности (оптимум) и фазу сниженной активности (пессимум). Третья фаза объединяет 3 последовательно сменяющие друг друга стадии: уравнительную (провизорная, трансформирующая – по Н.Е.Введенскому), парадоксальную и тормозную.

Первая фаза (примум) характеризуется снижением возбудимости и повышением лабильности. Во вторую фазу (оптимум) возбудимость достигает максимума, лабильность начинает снижаться. В третью фазу (пессимум) возбудимость и лабильность снижаются параллельно и развивается 3 стадии парабиоза. Первая стадия - уравнительная по И.П.Павлову - характеризуется выравниванием ответов на сильные, частые и умеренные раздражения. В уравнительную фазу происходит уравнивание величины ответной реакции на частые и редкие раздражители. В нормальных условиях функционирования нервного волокна величина ответной реакции иннервируемых им мышечных волокон подчиняется закону силы: на редкие раздражители ответная реакция меньше, а на частые раздражители-больше. При действии парабиотического агента и при редком ритме раздражении (например, 25 Гц) все импульсы возбуждения проводятся через парабиотический участок, так как возбудимость после предыдущего импульса успевает восстановиться. При высоком ритме раздражении (100Гц) последующие импульсы могут поступать в тот момент, когда нервное волокно еще находится в состоянии относительной рефрактерности, вызванной предыдущим потенциалом действия. Поэтому часть импульсов не проводится. Если проводится только каждое четвертое возбуждение (т.е. 25 импульсов из 100) ,то амплитуда ответной реакции становится такой же, как на редкие раздражители (25Гц)-происходит уравнивание ответной реакции.

Вторая стадия характеризуется извращенным реагированием – сильные раздражения вызывают меньший ответ, чем умеренные. В эту - парадоксальную фазу происходит дальнейшее снижение лабильности. При этом на редкие и частые раздражители ответная реакция возникает, но на частые раздражители она значительно меньше, т. к. частые раздражители еще больше снижают лабильность, удлиняя фазу абсолютной рефрактерности. Следовательно, наблюдается парадокс- на редкие раздражители ответная реакция больше, чем на частые.

В тормозную фазу лабильность снижается до такой степени, что и редкие, и частые раздражители не вызывают ответной реакции. При этом мембрана нервного волокна деполяризована и не переходит в стадию реполяризации, т. е. не восстанавливается ее исходное состояние. Ни сильные, ни умеренные раздражения не вызывают видимой реакции, в ткани развивается торможение. Парабиоз- явление обратимое. Если парабиотическое вещество действует недолго, то после прекращения его действия нерв выходит из состояния парабиоза через те же фазы, но в обратной последовательности. Однако, при действии сильных раздражителей за тормозной стадией может наступить полная потеря возбудимости и проводимости, а в дальнейшем – гибель ткани.

Работы Н.Е.Введенского по парабиозу сыграли важную роль в развитии нейрофизиологии и клинической медицины, показав единство процессов возбуждения, торможения и покоя, изменили господствовавший в физиологии закон силовых отношений, согласно которому реакция тем больше, чем сильнее действующий раздражитель.

Явление парабиоза лежит в основе медикаментозного локального обезболивания. Влияние анестезирующих веществ вязано с понижением лабильности и нарушением механизма проведения возбуждения по нервным волокнам.

Парабиоз (в пер.: “para” - около, “bio” - жизнь) – это состояние на грани жизни и гибли ткани, возникающее при воздействии на нее токсических веществ таких как наркотиков, фенола, формалина, различных спиртов, щелочей и других, а также длительного действия электрического тока. Учение о парабиозе связано с выяснением механизмов торможения, которое лежит в основе жизнедеятельности организма

Как известно, ткани могут находиться в двух функциональных состояниях - торможения и возбуждения. Возбуждение это активное состояние ткани, сопровождающееся деятельностью какого-либо органа или системы. Торможение - это также активное состояние ткани, но характеризующееся угнетением деятельности какого-либо органа или системы организма. По мнению Введенского, в организме имеет место один биологический процесс, который имеет две стороны - торможение и возбуждение, что доказывает учение о парабиозе.

Классические опыты Введенского при изучении парабиоза проводились на нервно-мышечном препарате. При этом использовалась пара электродов, наложенных на нерв, между которыми помещалась ватка, смоченная KCl (калийный парабиоз). При развитии парабиоза выявлялись четыре его фазы.

1. Фаза кратковременного повышения возбудимости. Редко улавливается и заключается в том, что под действием подпорогового раздражителя мышца сокращается.

2. Фаза уравнительная (трансформации). Проявляется в том, что на частые и редкие стимулы мышца отвечает одинаковым по величине сокращением. Выравнивание силы мышечных эффектов происходит, по данным Введенского, за счет парабиотического участка, в котором снижается лабильность под влиянием KСl. Так, если лабильность в парабиотическом участке снизилась до 50 им/с, то такую частоту он пропускает, в то время, как более частые сигналы задерживаются в парабиотическом участке, т. к. часть из них попадает в период рефрактерности, который создается предыдущим импульсом и в связи с этим не проявляет своего действия.

3. Парадоксальная фаза. Характеризуется тем, что при действии частых стимулов наблюдается слабый сократительный эффект мышцы или вообще его не наблюдается. В то же самое время, на действия редких импульсов имеет место несколько большее по величине сокращение мышцы, чем на более частые. Парадоксальная реакция мышцы связана с еще большим уменьшением лабильности в парабиотическом участке, который практически теряет свойство проводить частые импульсы.

4. Тормозная фаза. В этот период состояния ткани через парабиотический участок не проходят ни частые, ни редкие импульсы, в результате чего мышца н сокращается. Может быть в парабиотическом участке ткань погибла? Если прекратить действовать KСl, то нервно-мышечный препарат постепенно восстанавливает свою функцию, проходя стадии парабиоза в обратном порядке, или действовать на него одиночными электрическими стимулами, на которые мышца слегка сокращается.

По мнению Введенского, в парабиотическом участке во время фазы торможения развивается стационарное возбуждение, блокирующее проведение возбуждения к мышце. Оно является результатом суммации возбуждения, создаваемого раздражением KСl и приходящими от места электрической стимуляции импульсами. По данным Введенского, парабиотический участок обладает всеми признаками возбуждения, кроме одного - способности распространяться. Как следует, тормозная фаза парабиоза выявляет единство процессов возбуждения и торможения.

По современным данным, снижение лабильности в парабиотическом участке, по-видимому, связано с постепенным развитием натриевой инактивации и закрытием натриевых каналов. Причем, чем чаще к нему поступают импульсы, тем она проявляется в большей степени. Парабиотическое торможение носит распространенный характер и встречается при многих как физиологических, так особенно патологических состояниях, в том числе при применении различных наркотических веществ.