На более тонком, молекулярном уровне внутри организма, есть системы, которые тоньше чувствуют и лучше знают, как сохранить постоянство внутренней среды в изменчивых условиях среды внешней. Регуляция функция организма происходит с помощью двух важнейших систем — нервной и гуморальной. Это два «кита», сохраняющих постоянство организма и способствующих адекватному ответу организма на то или иное действие извне. Что же это за два «кита»? Как же они регулируют работу сердца и другие функции организма? Разберёмся в этих вопросах подробно и обстоятельно.
1 Координатор №1 — нервная регуляция
Ранее обсуждалось, что сердце обладает автономностью — способностью самостоятельно воспроизводить импульсацию. И это так. В какой-то мере сердце «само себе хозяин», но деятельность сердца, как и работа других внутренних органов, очень чутко откликается на регуляцию вышележащих отделов, а именно на нервную регуляцию. Эта регуляция осуществляется отделом нервной системы под названием вегетативная (ВНС).
ВНС включает себя две важнейшие составляющие: симпатический и парасимпатический отдел. Эти отделы как день и ночь, оказывают противоположное действие на действие внутренних органов, но оба отдела одинаково важны для организма в целом. Рассмотрим, как же влияет на работу сердца, кровяное давление, тонус артериальных сосудов нервная регуляция.
2 Симпатическая активность
Симпатический отдел ВНС состоит из центральной части, расположенной в спинном мозге, и периферической, которая находится непосредственно в ганглиях — нервных узлах. Контроль за симпатикой осуществляет гипофиз, гипоталамус, сосудодвигательный центр продолговатого мозга, а также кора больших полушарий головного мозга. Все эти регулирующие органы взаимосвязаны и не работают друг без друга. Когда же активируется работа симпатического отдела и в чём она проявляется?
Всплеск эмоций, нахлынувшие чувства, страх, стыд, боль — и вот уже сердце готово выскочить из груди, а в висках пульсирует кровь… Это всё проявление эффектов симпатики на работу сердца и регуляцию тонуса сосудов. Так же в стенках артериальных сосудов находятся периферические рецепторы, которые передают сигналы на вышележащие структуры при понижении давления крови, в данном случае симпатическая регуляция «заставляет» сосуды повышать тонус — и давление нормализуется.
Исходя из этих данных можно сделать вывод, что импульсы в отделы симпатики могут поступать как с периферии — сосуды, так и с центра — кора больших полушарий. И в том и в другом случае ответ незамедлительно поступит. И каким же будет ответ? Эффекты симпатики на работу сердца и сосудов оказывают эффект со знаком: «+». Что это означает? Повышение частоты сердечных сокращений, усиление глубины и силы сокращений, повышение давления крови, а также повышение сосудистого тонуса.
Частоту сердцебиения в здоровом сердце устанавливает СА-узел, волокна симпатики заставляют этот узел вырабатывать большее количество импульсов, благодаря этому ЧСС возрастает. Поскольку в большей степени симпатические волокна иннервируют желудочки сердца, то сила и частота желудочковых сокращений будет возрастать, а времени на их расслабление будет затрачиваться меньше. Таким образом, симпатическая нервная регуляция мобилизует работу сердца и сосудов путем повышения их тонуса и усиления силы, частоты, и глубины сердечных толчков.
3 Парасимпатическая активность
Противоположный эффект оказывает другой отдел ВНС — парасимпатика. Давайте представим: Вы вкусно отобедали и прилегли отдохнуть, Ваш организм расслаблен, по телу разливается теплота, Вы погружаетесь в полудрёму… Сколько ударов в минуту будет осуществлять ваше сердце в этот момент? Будет ли давление высоким? Нет. Отдыхаете Вы — отдыхает Ваше сердце. Во время отдыха наступает царство вагуса. N.vagi — это главнейший и крупнейший нерв парасимпатической системы.
Действие парасимпатики оказывает тормозящий эффект на работу сердца и сосудов, эффект со знаком «-». А именно: замедляется частота и сила сердечных сокращений, понижается кровяное давление, сосудистый тонус понижается. Активность парасимпатики максимальна в период сна, отдыха, расслабления. Таким образом два отдела поддерживают сердечную деятельность, регулируют её основные показатели, работают слаженно и чётко под контролем вышележащих структур нервной системы.
4 Координатор №2 — гуморальная регуляция
Люди, знающие латынь, понимают смысл слова «гуморальный». Если переводить дословно, то humor — это влага, влажный, имеющий отношение к крови, лимфе. Гуморальная регуляция функций организма осуществляется с помощью крови, биологических жидкостей, а точнее она обеспечивается веществами, которые циркулируют в крови. Эти вещества, осуществляющие гуморальную функцию, известны всем. Это гормоны. Они вырабатываются железами внутренней секреции и поступают в тканевую жидкость, а также в кровь. Достигая органов и тканей, гормоны оказывают на них определённое воздействие.
Гормоны чрезвычайно активны, также они специфичны, поскольку их действие направленно на определённые клетки, ткани, органы. Но гормоны быстро разрушаются, поэтому они должны поступать в кровь постоянно. Гуморальная регуляция осуществляется с помощью важной, главной железы в полости черепа — гипофиза. Он — «царь» других желез организма. Конкретно на сердце влияют гормоны, производимые надпочечниками, щитовидной железы, половые гормоны, а также вещества, вырабатываемые клетками сердца.
5 Вещества заставляющие сердце трудиться
Адреналин и норадреналин. Гормоны надпочечников. Вырабатываются в больших количествах в экстремальных ситуациях, при стрессе, волнении. Увеличивают частоту и силу сокращений сердца, повышают кровяное давление, мобилизуют все функции организма.
Тироксин. Гормон щитовидки. Усиливает ЧСС. У людей с избыточной функцией данной железы и с повышенной концентрацией данного вещества в крови всегда наблюдается тахикардия — ЧСС более 100 в минуту. Также тироксин повышает чувствительность клеток сердца к другим веществам, влияющим на гуморальную регуляцию функций сердечно-сосудистой системы, например к адреналину.
Половые гормоны. Усиливают сердечную деятельность, поддерживают тонус кровеносных сосудов.
Серотонин или гормон «счастья». Стоит ли описывать его эффект? Всем известно как сердце выпрыгивает из груди и бьётся от счастья?
Простагландины, гистамин оказывают стимулирующее действие, «подгоняющее» сердце.
6 Вещества-релаксанты
Ацетилхолин. Его влияние оказывает на сердце эффекты со знаком «-»: частота, сила сокращений уменьшается, сердце «работает» менее напряжённо.
Предсердные гормоны. Клетки предсердий вырабатывают собственные вещества, которые оказывают действие на сердце и сосуды. К таким веществам относят натрийуретический гормон, он обладает выраженным дилатирующим действием на сосуды, понижает их тонус, вызывая также понижение кровяного давления. Также данное вещество оказывает блокирующих эффект на активность симпатической нервной системы и высвобождение адреналина и норадреналина.
7 Ионы в работе сердца
Большое влияние на сердечные сокращения оказывает концентрация ионов или электролитов в крови. Речь идет о К+, Na+, Ca2+.
Кальций. Важнейший ион, участвующий в сердечном сокращении. Обеспечивает нормальную миокардиальную сократимость. Ионы Ca2+ усиливают сердечную деятельность. Избыток кальция, как и его недостаток негативно влияет на работу сердца, могут возникнуть различные аритмии или даже остановка сердца.
Калий. Ионы К+ в своем избытке замедляют сердечную деятельность, снижает глубину сокращения, понижает возбудимость. При значительном увеличении концентрации возможны нарушения проводимости и остановка сердца. При недостатке К+ сердце также испытывает негативные влияния в виде аритмий и нарушений в работе. Электролитные показатели в крови содержатся на определённом уровне, показатели которого установлены для каждого иона (нормы калия 3,3-5,5, а кальция 2,1-2,65 ммоль/л). Эти показатели гуморальной функции строго определены, и выход любого из них за рамки нормы грозит расстройством работы не только в сердце, а и в других органах.
8 Единое целое
Обе регулирующих системы, и нервная, и гуморальная неразрывно связаны между собой. Нельзя отделить одну от другой, как нельзя в едином организме разграничить функцию правой и левой руки, к примеру. Некоторые авторы даже называют данные системы одним словом: нервно-гуморальная регуляция. Это подчёркивает их взаимосвязь и единство. Ведь управлять организмом — нелёгкая задача и справиться с ней можно только сообща.
Нельзя выделить среди механизмов регуляции главные и второстепенные, они все одинаково важны. Можно лишь констатировать некоторые особенности их работы. Так, для нервной регуляции свойственна быстрота реакции. По нервам, как по проводам, импульс распространяется моментально к органу. А для гуморальной регуляции функций характерно более медленное наступление эффекта, ведь, чтобы веществу по крови попасть к органу, нужно время.
Физиологической регуляцией называется управление функциями организма с целью его приспособления к условиям внешней среды. Регуляция функций организма является основой обеспечения постоянства внутренней среды организма и его адаптации к изменяющимся условиям существования и осуществляется по принципу саморегуляции путем формирования функциональных систем. Функцией систем и организма в целом называется деятельность, направленная на сохранение целостности и свойств системы. Функции характеризуются количественно и качественно. Основой физиологической регуляции является передача и обработка информации. Под термином "информация" понимается любое сообщение о фактах и событиях, происходящих в окружающей среде и организме человека. Под саморегуляцией понимают такой вид регуляции, когда отклонение регулируемого параметра является стимулом для его восстановления. Для осуществления принципа саморегуляции необходимо взаимодействие следующих компонентов функциональных систем.
Регулируемый параметр (объект регуляции, константа).
Аппараты контроля, следящие за отклонением данного параметра под воздействием внешних и внутренних факторов.
Аппараты регуляции, обеспечивающие направленное действие на деятельность органов, от которых зависит восстановление отклонившегося параметра.
Аппараты исполнения - органы и системы органов, изменение деятельности которых в соответствии с регуляторными влияниями приводит к восстановлению исходной величины параметра. "Обратная афферентация несет информацию в аппараты регуляции о достижении или не достижении полезного результата, о возвращении или невозвращении отклонившегося параметра к норме. Таким образом регуляция функций осуществляется системой, которая состоит из отдельных элементов: управляющего устройства (ЦНС, эндокринная клетка), каналов связи (нервы, жидкая внутренняя среда), датчиков, воспринимающих действие факторов внешней и внутренней среды (рецепторы), структур, воспринимающих информацию выходных каналов (рецепторы клеток) и исполнительных органов.
Система регуляции в организме представляет трехуровневую структуру. Первый уровень регуляции состоит из относительно автономных локальных систем, поддерживающих константы. Второй уровень системы регуляции обеспечивает приспособительные реакции в связи с изменениями внутренней среды, на этом уровне обеспечивается оптимальный режим работы физиологических систем для адаптации организма к внешней среде. Третий уровень регуляции реализуется поведенческими реакциями организма и обеспечивает оптимизацию его жизнедеятельности.
Различают четыре вида регуляции: механическую, гуморальную, нервную, нервно-гуморальную.
Физическая (механическая) регуляция реализуется через механические, электрические, оптические, звуковые, электромагнитные, тепловые и другие процессы (например, заполнение дополнительным объемом крови полостей сердца приводит к большей степени растяжения их стенок и к более сильному сокращению миокарда). Наиболее надежными механизмами регуляции являются местные. Они реализуются путем физико-химического взаимодействия структур органа. Например, в работающей мышце в результате выделения миоцитами химических метаболитов и тепла происходит расширение кровеносных сосудов, что сопровождается возрастанием объемной скорости кровотока и увеличением снабжения миоцитов питательными веществами и кислородом. Местная регуляция может осуществляться с помощью биологически активных веществ (гистамин), тканевых гормонов (простагландины).
Гуморальная регуляция осуществляется через жидкие среды организма (кровь (гумор), лимфу, межклеточную, цереброспинальную жидкости) с помощью различных биологически активных веществ, которые выделяются специализированными клетками, тканями или органами. Этот вид регуляции может осуществляться на уровне структур органа - местная саморегуляция, или обеспечивать генерализованные эффекты через систему гормональной регуляции. В кровь поступают химические вещества, образующиеся в специализированных тканях и обладающих специфическими функциями. Среди этих веществ различают: метаболиты, медиаторы, гормоны. Они могут действовать местно или дистантно. Например, продукты гидролиза АТФ, концентрация которых возрастает при повышении функциональной активности клеток, вызывают расширение кровеносных сосудов и улучшают трофику этих клеток. Особенно важную роль играют гормоны- продукты секреции специальных, эндокринных органов. К железам внутренней секреции относят: гипофиз, щитовидную и околощитовидные железы, островковый аппарат поджелудочной железы, кору и мозговое вещество надпочечников, половые железы, плаценту и эпифиз. Гормоны влияют на обмен веществ, стимулируют морфообразовательные процессы, дифференцировку, рост, метаморфоз клеток, включают определенную деятельность исполнительных органов, изменяют интенсивность деятельности исполнительных органов и тканей. Гуморальный путь регуляции действует относительно медленно, скорость ответной реакции зависит от скорости образования и секреции гормона, его проникновения в лимфу и кровь, скорости кровотока. Локальное действие гормона определяется наличием к нему специфического рецептора. Длительность действия гормона зависит от скорости его разрушения в организме. В различных клетках организма, в том числе и мозге, образуются нейропептиды, которые действуют на поведение организма, целый ряд различных функций и регулируют секрецию гормонов.
Нервная регуляция осуществляется посредством нервной системы, базируется на переработке информации нейронами и передаче ее по нервам. Имеет следующие особенности:
Большую скорость развития действия;
Точность связи;
Высокую специфичность - в реакции участвует строго определенное количество компонентов, необходимых в данный момент.
Нервная регуляция осуществляется быстро, с направленностью сигнала к определенному адресату. Передача информации (потенциалов действия нейронов) осуществляется со скоростью до 80-120 м/с без снижения амплитуды и потери энергии. Нервной регуляции подлежат соматические и вегетативные функции организма. Основной принцип нервной регуляции - рефлекс. Нервный механизм регуляции филогенетически возник позднее местного и гуморального и обеспечивает высокую точность, скорость и надежность ответной реакции. Он является наиболее совершенным механизмом регуляции.
Нервно-гуморальная корреляция. В процессе эволюции произошло объединение нервного и гуморального видов корреляций в нервно-гуморальную форму, когда экстренное вовлечение в процесс действия органов путем нервной корреляции дополняется и пролонгируется гуморальными факторами.
Нервная и гуморальная корреляции играют ведущую роль в объединении (интеграции) составных частей (компонентов) организма в единое целоеорганизм. При этом они как бы дополняют друг друга своими особенностями. Гуморальная связь имеет генерализованный характер. Она одновременно реализуется во всем организме. Нервная связь имеет направленный характер, она наиболее избирательна и реализуется в каждом конкретном случае преимущественно на уровне определенных компонентов организма.
Креаторные связи обеспечивают обмен между клетками макромолекулами, которые способны оказать регуляторное влияние на процессы метаболизма, дифференцировки, роста, развития, функционирования клеток, тканей. Через креаторные связи осуществляется влияние кейлонов - белков, подавляющих синтез нуклеиновых кислот и деление клеток.
Метаболиты по механизму обратной связи оказывают влияние на внутриклеточный обмен и функции клеток и на функционирование рядом расположенных структур. Например, при интенсивной мышечной работе молочная и пировиноградная кислоты, образующиеся в мышечной клетке в условиях дефицита кислорода, ведут к расширению микрососудов мышцы, к увеличению притока крови, питательных веществ и кислорода, что улучшает питание мышечных клеток. Одновременно они стимулируют метаболические пути их использования, снижают сократительную способность мышцы.
Нейроэндокринная система обеспечивает соответствие метаболических, физических функций и поведенческих реакций организма условиям внешней среды, поддерживает процессы дифференциации, роста, развития, регенерации клеток; в целом способствуют сохранению и развитию как индивидуума, так и биологического вида в целом. Двойная (нервная и эндокринная) регуляция обеспечивает через механизм дублирования надёжность регуляции, высокую скорость ответа через нервную систему и длительность ответа во времени через выделение гормонов. Филогенетически наиболее древние гормоны вырабатываются нервными клетками, химический сигнал и нервный импульс часто взаимопревращаемы. Гормоны, будучи нейромодуляторами, оказывают влияние на эффекты в ЦНС многих медиаторов (гастрин, холецистокинин, ВИП, ГИП, нейротензин, бомбезин, субстанция Р, опиомеланокортины - АКТГ, бета-, гамма-липотропины, альфа-, бета-, гамма-эндорфины, пролактин, соматотропин). Описаны гормон продуцирующие нейроны.
В основе нервной и гуморальной регуляции лежит принцип кольцевой связи, который в биологических системах был приоритетно показан советским физиологом П.К.Анохиным. Положительные и отрицательные обратные связи обеспечивают оптимальный уровень функционирования - усиление слабых ответов и ограничение сверхсильных.
Деление механизмов регуляции на нервные и гуморальные является условным. В организме эти механизмы неразделимы.
1) Информация о состоянии внешней и внутренней среды, как правило, воспринимается элементами нервной системы, и после обработки в нейронах в качестве исполнительных органов могут использоваться как нервный, так и гуморальный путь регуляции.
2) Деятельность желез внутренней секреции управляется нервной системой. В свою очередь, метаболизм, развитие и дифференцировка нейронов осуществляется под влиянием гормонов.
3) Потенциалы действия в местах контакта нейрона и рабочей клетки вызывают секрецию медиатора, который через гуморальное звено изменяет функцию клетки. Таким образом, в организме существует единая нейрогуморальная регуляция с приоритетным значением нервной системы. Организм на действие каждого раздражителя отвечает сложной биологической реакцией как единое целое. Это достигается взаимодействием всех систем, тканей и клеток организма. Взаимодействие обеспечивается местными, гуморальными и нервными механизмами регуляции
Нервная система человека делится на центральную (головной и спинной мозг) и периферическую. Центральная нервная система обеспечивает индивидуальное приспособление организма к среде обитания, адаптацию организма, поведение организма в соответствии с конституцией и его потребностями, обеспечивает интеграцию и объединение органов в единое целое на основе восприятия, оценки, сравнения, анализа информации, поступающей из внешней и внутренней среды организма. Периферическая нервная система обеспечивает трофику тканей и оказывает непосредственное влияние на структуру и функциональную активность органов.
Нервная регуляция осуществляется головным и спинным мозгом через нервы, которыми снабжены все органы нашего тела. На организм постоянно воздействуют те или иные раздражения. На все эти раздражения организм отвечает определенной деятельностью или, как принято говорить, происходит приспособление функции организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды. Так, понижение температуры воздуха сопровождается не только сужением кровеносных сосудов, но и усилением обмена веществ в клетках и тканях и, следовательно, повышением теплообразования.
Благодаря этому устанавливайся определенное равновесие между теплоотдачей и теплообразованием, не происходит переохлаждение организма, сохраняется постоянство температуры тела. Раздражение пищей вкусовых рецепторов рта вызывает отделение слюны и других пищеварительных соков, под воздействием которых происходит переваривание пищи. Благодаря этому в клетки и ткани поступают необходимые вещества, и устанавливается определенное равновесие между диссимиляцией и ассимиляцией. По такому принципу происходит регуляция и других функции организма.
Нервная регуляция носит рефлекторный характер. Раздражения воспринимаются рецепторами. Возникающее возбуждение из рецепторов по афферентным (чувствительным) нервам передается в центральную нервную систему, а оттуда по эфферентным (двигательным) нервам - в органы, которые осуществляют определенную деятельность. Такие ответные реакции организма на раздражения, осуществляемые через центральную нервную систему, называют рефлексами. Путь же, по которому возбуждение передается при рефлексе, носит название рефлекторной дуги.
Рефлексы имеют разнообразный характер. И.П. Павлов разделил все рефлексы на безусловные и условные. Безусловные рефлексы - это рефлексы врожденные, передающиеся по наследству. Примером таких рефлексов являются сосудодвигательные рефлексы (сужение или расширение сосудов в ответ на раздражение кожи холодом или теплом), рефлекс слюноотделения (выделение слюны при раздражении вкусовых сосочков пищей) и многие другие.
Гуморальная регуляция (Humor - жидкость) осуществляется через кровь и другие составляющие внутреннюю среду организма различные химические вещества. Примерами таких веществ являются гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, и витамины, поступающие в организм с пищей. Химические вещества разносятся кровью по всему организму и оказывают воздействие на различные функции, в частности на обмен веществ в клетках и тканях. При этом каждое вещество влияет на определенный процесс, происходящий в том или ином органе.
Например, в предстартовом состоянии, когда ожидается интенсивная физическая нагрузка, железы внутренней секреции (надпочечники) выделяют в кровь специальный гормон-адреналин, который способствует усилению деятельности сердечно-сосудистой системы.
Нервная система осуществляет регуляцию деятельности организма посредством биоэлектрических импульсов. Основными нервными процессами являются возбуждение и торможение, возникающие в нервных клетках. Возбуждение - деятельное состояние нервных клеток, когда они передают или направляют сами нервные импульсы другим клеткам: нервным, мышечным, железистым и другим. Торможение - состояние нервных клеток, когда их активность направлена на восстановление. Сон, например, является состоянием нервной системы, когда подавляющее число нервных клеток ЦНС заторможено.
Нервный и гуморальный механизмы регуляции функций взаимосвязаны. Так, нервная система оказывает регулирующее влияние на органы не только непосредственно через нервы, но также и через железы внутренней секреции, изменяя интенсивность образования гормонов в этих органах и поступление их в кровь. В свою очередь многие гормоны и другие вещества влияют на нервную систему.
Взаимосогласованность нервной и гуморальной реакции обеспечивается центральной нервной системой.
В живом организме нервная и гуморальная регуляция различных функций осуществляется по принципу саморегуляции, т.е. автоматически. По этому принципу регуляции поддерживается на определенном уровне кровяное давление, постоянство состава и физико-химических свойств крови, лимфы и тканевой жидкости, температуры тела, в строго согласованном порядке изменяется обмен веществ, деятельность сердца, дыхательной и других систем и органов.
Благодаря этому поддерживаются определенные сравнительно постоянные условия, в которых протекает деятельность клеток и тканей организма, или другими словами, сохраняется постоянство внутренней среды.
Таким образом, организм человека - это единая, целостная, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся биологическая система, обладающая определенными резервными возможностями. При этом нужно знать, что способность к выполнению физической и умственной работы может возрастать многократно, фактически не имея ограничений в своем развитии.
Главная роль в регуляции функций организма и обеспечении его целостности принадлежит нервной системе. Этот механизм регуляции является более совершенным. Во-первых, нервные влияния передаются значительно быстрее, чем химические воздействия, и потому организм через нервную систему осуществляет быстрые ответные реакции на действие раздражителей. В связи со значительной скоростью проведения нервных импульсов взаимодействие между частями организма устанавливается быстро в соответствии с потребностями организма.
Во-вторых, нервные импульсы приходят к определенным органам, и потому ответные реакции, осуществляемые через нервную систему, не только более быстрые, но и более точные, чем при гуморальной регуляции функций.
Рефлекс - основная форма нервной деятельности
Вся деятельность нервной системы осуществляется рефлекторным путем. С помощью рефлексов осуществляется взаимодействие различных систем целого организма и его приспособление к меняющимся условиям среды.
При повышении кровяного давления в аорте рефлекторно меняется деятельность сердца. В ответ на температурные воздействия внешней среды у человека суживаются или расширяются кровеносные сосуды кожи, под влиянием различных раздражителей рефлекторно меняется сердечная деятельность, интенсивность дыхания и т. д.
Благодаря рефлекторной деятельности организм быстро реагирует на различные воздействия внутренней и внешней среды.
Раздражения воспринимаются особыми нервными образованиями - рецепторами . Существуют различные рецепторы: одни из них раздражаются при изменении температуры окружающей среды, другие - при прикосновении, третьи - при болевом раздражении и т. п. Благодаря рецепторам центральная нервная система получает информацию обо всех изменениях окружающей среды, а также об изменениях внутри организма.
При раздражении рецептора в нем возникает нервный импульс, который распространяется по центростремительному нервному волокну и достигает центральной нервной системы. О характере раздражения центральная нервная система "узнает" по силе и частоте нервных импульсов. В центральной нервной системе происходит сложный процесс переработки поступивших нервных импульсов, и уже по центробежным нервным волокнам импульсы от центральной нервной системы направляются к исполнительному органу (эффектору).
Для осуществления рефлекторного акта необходима целостность рефлекторной дуги (рис. 2).
Опыт 2
Обездвижьте лягушку. Для этого заверните лягушку в марлевую или полотняную салфетку, оставив открытой лишь, голову. Задние лапки при этом должны быть вытянуты, а передние плотно прижаты к туловищу. Введите тупое лезвие ножниц в рот лягушки и отсеките верхнюю челюсть с черепной коробкой. Спинной мозг не разрушайте. Лягушку, у которой сохранен только спинной мозг, а вышележащие отделы центральной нервной системы удалены, называют спинальной. Укрепите лягушку в штативе, зажав зажимом нижнюю челюсть либо приколов булавками нижнюю челюсть к пробке, укрепленной в штативе. Оставьте лягушку висеть несколько минут. О восстановлении рефлекторной деятельности после удаления головного мозга судите по появлению ответной реакции на щипок. Лягушку во избежание подсыхания кожи периодически опускайте в стакан с водой. Налейте в маленький стаканчик 0,5-процентный раствор соляной кислоты, опустите в него заднюю лапку лягушки и наблюдайте рефлекторное отдергивание лапки. Смойте кислоту водой. На задней лапке, на середине голени, сделайте кольцевой разрез кожи и хирургическим пинцетом снимите ее с нижней части лапки, проследив за тем, чтобы кожа была тщательно снята со всех пальцев. Опустите лапку в раствор кислоты. Почему теперь лягушка не отдергивает конечность? В этот же раствор кислоты опустите другую лапку лягушки, с которой кожа не снята. Как реагирует лягушка теперь?
Разрушьте спинной мозг лягушки, введя в позвоночный канал препаровальную иглу. Опустите лапку, на которой сохранена кожа" в раствор кислоты. Почему теперь лягушка не отдергивает лапку?
Нервные импульсы при любом рефлекторном акте, приходя в центральную нервную систему, способны распространяться по разным ее отделам, вовлекая в процесс возбуждения многие нейроны. Поэтому правильнее говорить, что структурную основу рефлекторных реакций составляют нейронные цепи из центростремительных, центральных и центробежных нейронов.
Принцип обратных связей
Между центральной нервной системой и исполнительными органами существуют как прямые, так и обратные связи. При действии раздражителя на рецепторы возникает двигательная реакция. В результате этой реакции в исполнительных органах (эффекторах) - мышцах, сухожилиях, суставных сумках - возбуждаются рецепторы, от которых нервные импульсы поступают в центральную нервную систему. Это вторичные центростремительные импульсы , или обратные связи . Эти импульсы постоянно сигнализируют нервным центрам о состоянии двигательного аппарата, и в ответ на эти сигналы из центральной нервной системы к мышцам поступают новые импульсы, включающие следующую фазу движения или изменяющие движение в соответствии с условиями деятельности.
Обратная связь очень важна в механизмах координации, которую осуществляет нервная система. У больных, у которых нарушена чувствительность мышц, движения, особенно ходьба, утрачивают плавность, становятся некоординированными.
Условные и безусловные рефлексы
Человек рождается с целым рядом готовых, врожденных рефлекторных реакций. Это безусловные рефлексы . К ним относятся акты глотания, сосания, чихания, жевания, слюноотделение, отделение желудочного сока, поддержание температуры тела и др. Количество врожденных безусловных рефлексов ограничено, и они не могут обеспечить приспособление организма к постоянно меняющимся условиям среды.
На базе врожденных безусловных реакций в процессе индивидуальной жизни формируются условные рефлексы . Эти рефлексы у высших животных и человека весьма многочисленны и играют огромную роль в приспособлении организмов к условиям существования. Условные рефлексы имеют сигнальное значение. Благодаря условным рефлексам организм заранее как бы предупреждается о приближении чего-то значимого. По запаху гари человек и животное узнают о приближающейся беде, пожаре; животные по запаху, звукам отыскивают добычу или, напротив, спасаются от нападения хищников. На основе многочисленных условных связей, образовавшихся в течение индивидуальной жизни, человек приобретает жизненный опыт, помогающий ему ориентироваться в окружающей среде.
Для того чтобы яснее стало различие между безусловными и условными рефлексами, давайте совершим (мысленно) экскурсию в родильный дом.
В родильном доме есть три главных помещения: палата, где происходят роды, палата новорожденных и комната матерей. После того как ребенок родился, его приносят в палату новорожденных и дают немного отдохнуть (обычно 6-12 ч), а затем везут к матери - кормить. И только мать приложит ребенка к груди, как он хватает ее ртом и начинает сосать. Никто ребенка этому не учил. Сосание - пример безусловного рефлекса.
А вот пример условного рефлекса. Сначала, как только новорожденный проголодается, он начинает кричать. Однако через два-три дня в палате новорожденных наблюдается такая картина: подходит время кормления, и дети один за другим начинают просыпаться и плакать. Медицинская сестра по очереди берет их и пеленает, при необходимости подмывает, а затем укладывает на специальную каталку, чтобы везти к матерям. Очень интересно поведение детей: как только их перепеленали, уложили на каталку и вывезли в коридор, все они, как по команде, замолкают. Выработался условный рефлекс на время кормления, на обстановку перед кормлением.
Для выработки условного рефлекса необходимо подкрепление условного раздражителя безусловным рефлексом и их повторение. Стоило 5-6 раз совпасть пеленанию, подмыванию и укладыванию на каталку с последующим кормлением, которое здесь играет роль безусловного рефлекса, как выработался условный рефлекс: перестать кричать, несмотря на все возрастающий голод, ждать несколько минут, пока кормление начнется. Кстати, если вывезти детей в коридор и запоздать с кормлением, то через несколько минут они начинают кричать.
Рефлексы бывают простые и сложные. Все они находятся во взаимной связи и образуют систему рефлексов.
Опыт 3
Выработайте условный мигательный рефлекс у человека. Известно, что при попадании струи воздуха в глаз человек закрывает его. Это защитная, безусловнорефлекторная реакция. Если теперь несколько раз сочетать вдувание воздуха в глаз с каким-нибудь индифферентным раздражителем (стуком метронома, например), то этот индифферентный раздражитель станет сигналом поступления струи воздуха в глаз.
Для вдувания воздуха в глаз возьмите резиновую трубочку, соединенную с грушей для нагнетания воздуха. Рядом поставьте метроном. Метроном, грушу и руки экспериментатора закройте от испытуемого экраном. Включите метроном и через 3 сек нажмите на грушу, вдувая струю воздуха в глаз. Метроном при вдувании воздуха в глаз должен продолжать работу. Выключите метроном, как только наступит мигательная рефлекторная реакция. Через 5-7 мин повторите сочетание звука метронома с вдуванием воздуха в глаз. Опыт продолжайте до тех пор, пока мигание не будет наступать только при звуке метронома, без вдувания воздуха. Вместо метронома можно воспользоваться звонком, колокольчиком и т. п.
Сколько понадобилось сочетаний условного раздражителя с безусловным, чтобы образовался условный мигательный рефлекс?
СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ
Человеку приходится постоянно регулировать физиологические процессы в соответствии с собственными потребностями и изменениями окружающей среды. Для осуществления постоянной регуляции физиологические процессов используются два механизма: гуморальный и нервный.
Модель нервно-гуморального управления строится по принципу двухслойной нейронной сети. Роль формальных нейронов первого слоя в нашей модели играют рецепторы. Второй слой состоит из одного формального нейрона - сердечного центра. Его входными сигналами являются выходные сигналы рецепторов. По единственному аксону формального нейрона второго слоя передается выходная величина нервно-гуморального фактора.
Нервная, а точнее нервно-гуморальная система управления организмом человека является наиболее мобильной и откликается на воздействие внешней среды в течение долей секунды. Нервная система представляет собой сеть из живых волокон, взаимосвязанных друг с другом и с клетками других типов, например, сенсорными рецепторами (рецепторами органов обоняния, осязания, зрения и др.), мышечными, секреторными клетками и т. д. Между всеми этими клетками нет непосредственной связи, поскольку они всегда разделены маленькими пространственными промежутками, которые называются синаптическими щелями. Клетки, как нервные, так и другие, сообщаются друг с другом путем передачи сигнала от одной клетки к другой. Если по самой клетке сигнал передается за счет разницы концентраций ионов натрия и калия, то передача сигнала между клетками происходит путем выброса в синаптическую щель органического вещества, которое вступает в связь с рецепторами принимающей клетки, находящейся на другой стороне синаптической щели. Для того чтобы выбросить вещество в синаптическую щель, нервная клетка образует везикулу (оболочку из гликопротеинов), содержащую 2000-4000 молекул органического вещества (например, ацетилхолин, адреналин, норадреналин, дофамин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота, глицин и глутамат и др.). В качестве рецепторов на то или иное органическое вещество в принимающей сигнал клетке также используется гликопротеиновый комплекс.
Гуморальная регуляция осуществляется с помощью химических веществ, которые поступают из различных органов и тканей тела в кровь и разносятся ею по всему организму. Гуморальная регуляция является древней формой взаимодействия клеток и органов.
Нервная регуляция физиологических процессов заключается во взаимодействии органов тела с помощью нервной системы. Нервная и гуморальная регуляции функций организма взаимно связаны, образуют единый механизм нервно-гуморальной регуляции функций организма.
Нервная система играет важнейшую роль в регуляции функций организма. Она обеспечивает согласованную работу клеток, тканей, органов и их систем. Организм функционирует как единое целое. Благодаря нервной системе осуществляется связь организма с внешней средой. Деятельность нервной системы лежит в основе чувств, обучения, памяти, речи и мышления - психических процессов, с помощью которых человек не только познает окружающую среду, но и может активно ее изменять.
Нервная система подразделяется на две части: центральную и периферическую. Восстав центральной нервной системы входят головной и спинной мозг, образованные нервной тканью. Структурной единицей нервной ткани является нервная клетка - нейрон.-Нейрон состоит из тела и отростков. Тело нейрона может быть различной формы. Нейрон имеет ядро, короткие, толстые, сильно ветвящиеся вблизи тела отростки (дендриты) и длинный отросток аксон (до 1,5 м). Аксоны образуют нервные волокна.
Тела нейронов образуют серое вещество головного и спинного мозга, а скопления их отростков - белое вещество.
Тела нервных клеток за пределами центральной нервной системы образуют нервные узлы. Нервные узлы и нервы (скопления длиных отростков нервных клеток, покрытых оболочкой) образуют периферическую нервную систему.
Спинной мозг расположен в костном позвоночном канале.
Это длинный белый шнур диаметром около 1 см. В центре спинного мозга проходит узкий спинномозговой канал, заполненный спинномозговой жидкостью. На передней и задней поверхности спинного мозга имеются две глубокие продольные борозды. Они делят его на правую и левую половины. Центральная часть спинного мозга образована серым веществом, которое состоит из вставочных и двигательных нейронов. Вокруг серого вещества расположено белое вещество, образованное длинными отростками нейронов. Они направляются вверх или вниз вдоль спинного мозга, образуя восходящие и нисходящие проводящие пути. От спинного мозга отходит 31 пара смешанных спинно-мозговых нервов, каждый из которых начинается двумя корешками: передним и задним. Задние корешки - это аксоны чувствительных нейронов. Скопления тел этих нейронов образуют спинно-мозговые узлы. Передние корешки - это аксоны двигательных нейронов. Спинной мозг выполняет 2 основные функции: рефлекторную и проводниковую.
Рефлекторная функция спинного мозга обеспечивает движение. Через спинной мозг проходят рефлекторные дуги, с которыми связано сокращение скелетных мышц тела. Белое вещество спинного мозга обеспечивает связь и согласованную работу всех отделов центральной нервной системы, осуществляя проводниковую функцию. Головной мозг регулирует работу спинного мозга.
Головной мозг расположен в полости черепа. Он включает отделы: продолговатый мозг, мост, мозжечок, средний мозг, промежуточный мозг и большие полушария. Белое вещество образует проводящие пути головного мозга. Они связывают головной мозг со спинным, части головного мозга между собой.
Благодаря проводящим путям вся центральная нервная система функционирует как единое целое. Серое вещество в виде ядер располагается внутри белого вещества, образует кору, покрывая полушария мозга и мозжечка.
Продолговатый мозг и мост - продолжение спинного мозга, выполняют рефлекторную и проводниковую функции. Ядра продолговатого мозга и моста регулируют пищеварение, дыхание, сердечную деятельность. Эти отделы регулируют жевание, глотание, сосание, защитные рефлексы: рвоту, чихание, кашель.
Над продолговатым мозгом расположен мозжечок. Поверхность его образована серым веществом - корой, под которой в белом веществе находятся ядра. Мозжечок связан со многими отделами центральной нервной системы. Мозжечок регулирует двигательные акты. Когда нарушается нормальная деятельность мозжечка, люди теряют способность к точным согласованным движениям, сохранению равновесия тела.
В среднем мозге расположены ядра, которые посылают к скелетным мышцам нервные импульсы, поддерживающие их напряжение - тонус. В среднем мозге проходят рефлекторные дуги ориентировочных рефлексов на зрительные и звуковые раздражения. Продолговатый мозг, мост и средний мозг образуют ствол мозга. От него отходят 12 пар черепно-мозговых нервов. Нервы связывают мозг с органами чувств, мышцами и железами, расположенными на голове. Одна пара нервов - блуждающий нерв - связывает мозг с внутренними органами: сердцем, легкими, желудком, кишечником и др. Через промежуточный мозг поступают импульсы к коре больших полушарий от всех рецептаров (зрительных, слуховых, кожных, вкусовых).
Ходьба, бег, плавание связаны с промежуточным мозгом. Его ядра согласуют работу различных внутренних органов. Промежуточный мозг регулирует обмен веществ, потребление пищи и воды, поддержание постоянной температуры тела.
Часть периферической нервной системы, которая регулирует работу скелетных мышц, называют соматической (греч, "сома" - тело) нервной системой. Часть нервной системы, регулирующую деятельность внутренних органов (сердца, желудка, различных желез) называют автономной или вегетативной нервной системой. Вегетативная нервная система регулирует работу органов, точно приспосабливая их деятельность к условиям внешней среды и собственным потребностям организма.
Вегетативная рефлекторная дуга состоит из трех звеньев: чувствительного, вставочного и исполнительного. Вегетативная нервная система подразделяется на симпатический и парасимпатический отделы. Симпатическая вегетативная нервная система связана со спинным мозгом, где находятся тела первых нейронов, отростки которых заканчиваются в нервных узлах двух симпатических цепочек, расположенных по обе стороны спереди позвоночника. В симпатических нервных узлах находятся тела вторых нейронов, отростки которых непосредственно иннервируют рабочие органы. Симпатическая нервная система усиливает обмен веществ, повышает возбудимость большинства тканей, мобилизует силы организма на активную деятельность.
Парасимпатическая часть вегетативной нервной системы образована несколькими нервами, отходящими от продолговатого мозга и от нижнего отдела спинного мозга. Парасимпатические узлы, где находятся тела вторых нейронов, расположены в органах, на деятельность которых они влияют. Большинство органов иннервируется как симпатической, так и парасимпатической нервной системой. Парасимпатическая нервная система способствует восстановлению израсходованных запасов энергии, регулирует жизнедеятельность организма во время сна.
Кора больших полушарий образует складки, борозды, извилины. Складчатое строение увеличивает поверхность коры и ее объем, а значит число образующих ее нейронов. Кора отвечает за восприятие всей поступающей в мозг информации (зрительной, слуховой, осязательной, вкусовой), за управление всеми сложными мышечными движениями. Именно с функциями коры связана.мыслительная и речевая деятельность и память.
Кора больших полушарий состоит из четырех долей: лобной, теменной, височной и затылочной. В затылочной доле находятся зрительные области, ответственные за восприятие зрительных сигналов. Слуховые области, ответственные за восприятие звуков, находятся в височных долях. Теменная доля - чувствительный центр, принимающий информацию, поступающую от кожи, костей, суставов, мышц. Лобная доля мозга ответственна за составление программ поведения и управление трудовой деятельностью. С развитием лобных областей коры связан высокий уровень психических способностей человека по сравнению с животными. В составе человеческого мозга есть структуры, которых нет у животных - речевой центр. У человека существует специализация полушарий - многие высшие функции мозга выполняются одним из них. У правшей в левом полушарии находятся слуховой и двигательный центры речи. Они обеспечивают восприятие устной и формирование устной и письменной речи.
Левое полушарие ответственно за осуществление, математических операций и процесса мышления. Правое полушарие отвечает за узнавание людей по голосу и за восприятие музыки, узнавание человеческих лиц и ответственно за музыкальное и художественное творчество - участвует в процессах образного мышления.
Центральная нервная система постоянно контролирует работу сердца посредством нервных импульсов. Внутри полостей самого сердца и в. стенках крупных сосудов расположены нервные окончания - рецепторы, воспринимающие колебания давления в сердце и сосудах. Импульсы от рецепторов вызывают рефлексы, влияющие на работу сердца. Существует два вида нервных влияний на сердце: одни - тормозящие (снижающие частоту сокращений сердца), другие - ускоряющие.
Импульсы передаются к сердцу по нервным волокнам от нервных центров, расположенных в продолговатом и спинном мозге.
Влияния, ослабляющие работу сердца, передаются по парасимпатическим нервам, а усиливающие его работу - по симпатическим. Деятельность сердца находится также и под влиянием гуморальной регуляции. Адреналин - гормон надпочечников, даже в очень малых дозах усиливает работу сердца. Так, боль вызывает выделение в кровь адреналина в количестве нескольких микрограммов, который заметно изменяет деятельность сердца. В практике адреналин иногда вводят в остановившееся сердце, чтобы заставить его сокращаться. Увеличение содержания солей калия в крови угнетает, а кальция - усиливает работу сердца. Веществом, тормозящим работу сердца, является ацетилхолин. Сердце чувствительно даже к дозе 0,0000001 мг, что отчетливо замедляет его ритм. Нервная и гуморальная регуляции совместно обеспечивают очень точное приспособление деятельности сердца к условиям окружающей среды.
Согласованность, ритмичность сокращений и расслаблений дыхательных мышц обусловлены поступающими к ним по нервам импульсами от дыхательного центра продолговатого мозга. И.М. Сеченов в 1882 г. установил, что примерно через каждые 4 сек, в дыхательном центре автоматически возникают возбуждения, обеспечивающие чередование вдоха и выдоха.
Дыхательный центр изменяет глубину и частоту дыхательных движений, обеспечивая оптимальное содержание газов в крови.
Гуморальная регуляция дыхания состоит в том, что повышение концентрации углекислого газа в крови возбуждает дыхательный центр - частота и глубина дыхания увеличиваются, а уменьшение СО2 понижает возбудимость дыхательного центра - частота и глубина дыхания уменьшаются.
Многие физиологические функции организма регулируются с помощью гормонов. Гормоны - высокоактивные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции. Железы внутренней секреции не имеют выводных протоков. Каждая секреторная клетка железы своей поверхностью соприкасается со стенкой кровеносного сосуда. Это позволяет гормонам проникать прямо в кровь. Гормоны вырабатываются в небольших количествах, но долго сохраняются в активном состоянии и с током крови разносятся по всему организму.
Гормон поджелудочной железы, инсулин, играет важную роль в регуляции обмена веществ. Повышение содержания в крови глюкозы служит сигналом для выделения новых порций инсулина. Под его воздействием усиливается использование глюкозы всеми тканями тела. Часть глюкозы превращается в резервное вещество гликоген, который откладывается в печени и мышцах. Инсулин в организме разрушается достаточно быстро, поэтому поступление его в кровь должно быть регулярным.
Гормоны щитовидной железы, основной из них тироксин, регулирует обмен веществ. От их количества в крови зависит уровень потребления кислорода всеми органами и тканями организма. Усиление производства гормонов щитовидной железы приводит к повышению интенсивности обмена веществ. Это проявляется в повышении температуры тела, более полном усвоении пищевых продуктов, в усилении распада белков, жиров, углеводов, в быстром и интенсивном росте тела. Снижение активности щитовидной железы приводит к микседеме: окислительные процессы в тканях снижаются, температура падает, развивается тучность, уменьшается возбудимость нервной системы. При повышении активности щитовидной железы увеличивается уровень обменных процессов: повышаются частота сердечных сокращений, кровяное давление, возбудимость нервной системы. Человек становится раздражительным и быстро устает. Это признаки базедовой болезни.
Гормоны надпочечников - парных желез, расположенных на верхней поверхности почек. Они состоят из двух слоев: наружного -коркового и внутреннего - мозгового. В надпочечниках вырабатывается целый ряд гормонов. Гормоны коркового слоя регулируют обмен натрия, калия, белков, углеводов. Мозговой слой производит гормон норадреналин и адреналин. Эти гормоны регулируют обмен углеводов и жиров, деятельность сердечно-сосудистой системы, скелетной мускулатуры и мускулатуры внутренних органов. Выработка адреналина важна для экстренной подготовки ответных реакций организма, попавшего в критическую ситуацию при внезапно возросшей физической или психической нагрузке. Адреналин обеспечивает повышение содержания сахара в крови, усиление сердечной деятельности и работоспособности мышц.
Гормоны гипоталамуса и гипофиза. Гипоталамус - особый отдел промежуточного мозга, а гипофиз - мозговой придаток, расположенный на нижней поверхности головного мозга. Гипоталамус и гипофиз образуют единую гипоталамо-гипофизарную систему, а их гормоны называются нейрогормонами. Она обеспечивает постоянство состава крови и необходимый уровень обмена веществ. Гипоталамус регулирует функции гипофиза, который управляет деятельностью остальных желез внутренней секреции: щитовидной, поджелудочной, половых, надпочечников. В работе этой системы заложен принцип обратной связи, пример тесного объединения нервного и гуморального способов регуляции функций нашего организма.
Половые гормоны вырабатываются половыми железами, которые выполняют также и функцию желез внешней секреции.
Мужские половые гормоны регулируют рост и развитие организма, возникновение вторичных половых признаков - рост усов, развитие характерной волосистости других частей тела, огрубление голоса, изменение телосложения.
Женские половые гормоны регулируют развитие у женщин вторичных половых признаков - высокого голоса, округлых форм тела, развитие грудных желез, управляют половыми циклами, протеканием беременности и родов. Оба вида гормонов вырабатываются как у мужчин, так и у женщин.
Loading...