2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_Дегтярева_В_П_,_Будылиной_С_М
.pdfвозбуждающий или тормозный характер. Участие ретикулярной формации в регуляции вегетативных процессов опосредуется влиянием ее структур на симпатический отдел АНС, гипоталамические структуры и гипофиз.
По восходящим путям возбуждения достигают ядер гипоталамуса, который является главным подкорковым центром интеграции висцеральных функций. Он управляет всеми гомеостатическими функциями организма, используя соматические, висцеральные и эндокринные механизмы. Информация об изменениях гомеостаза поступает в гипоталамус по восходящим спинобульбарным путям, а также от рецепторов, контролирующих химический состав, температуру, осмотическое давление крови, протекающей через капилляры гипоталамуса. Регуляция висцеральных функций гипоталамусом осуществляется опосредованно через структуры АНС, локализованные в ретикулярной формации ствола мозга и в спинном мозге.
Раздражение задней группы ядер гипоталамуса сопровождается расширением зрачков, увеличением ЧСС, АД, торможением моторной и секреторной функций желудочно-кишеч- ного тракта, увеличением содержания в крови адреналина и норадреналина, т.е. эффектами, характерными для активации симпатической нервной системы.
Стимуляция же группы передних ядер гипоталамуса приводит к появлению реакций, характерных для активации парасимпатической нервной системы: сужению зрачка, уменьшению ЧСС, снижению АД, усилению моторной и секреторной функции желудочно-кишечного тракта и др.
Регуляция и интеграция гипоталамусом висцеральных функций осуществляются также через эндокринные механизмы (см. раздел «Общая физиология желез внутренней секреции»).
Структуры лимбического мозга тесно связаны с регуляцией висцеральных функций, что дало основание называть этот отдел мозга висцеральным мозгом. Стимуляция любой из структур лимбического мозга (гиппокамп, миндалина, перегородка и др.) приводит к появлению висцеральных реакций — саливации, пилоэрекции, изменения функций сердеч- но-сосудистой системы, дыхания, терморегуляции и др. Управляя процессами поддержания констант внутренней среды организма, лимбическая система тем самым контролирует эмоциональное состояние и обеспечивает формирование адаптивного поведения.
Кора большого мозга является высшим интегративным центром регуляции процессов организма. В коре чувствительные импульсы, идущие от внутренних органов, проецируются к первичным, вторичным сенсорным областям и к ассоциативным зонам. Так, информация от сердечной мышцы, иду-
214
щая через симпатические афферентные пути в спинной мозг, адресуется билатерально к нейронам вторичной соматической зоны в передней эктосильвиевой извилине и к ассоциативным полям в области крестовидной борозды. Информация о состоянии сердечной мышцы передается и по афферентным волокнам блуждающего нерва. Их зоны проекции в коре совпадают с представительством симпатической иннервации.
Проекция шейных, грудных и поддиафрагмальных ветвей блуждающего нерва регистрируются в области коронарной и ринальной извилин, в поясной и глазничной извилинах. Афферентные волокна, идущие в составе тазового парасимпатического нерва, проецируются во вторую соматическую зону и и ассоциативную зону в области крестовидной борозды. Представительства симпатических и парасимпатических нер1юв находятся в близко расположенных зонах коры, что обеспечивает четкую координацию процессов управления висцеральными функциями.
Проекции висцеральных и соматических афферентных нервов также имеют зоны перекрытия на уровне специфических ядер таламуса и в коре: на представительство чревного нерва проецируются афферентные пути от кожи туловища, блуждающего нерва — кожи плечевого пояса, тазового нерпа — от нижних конечностей. Таким образом, на этих уровнях происходит взаимодействие висцеральных и соматических возбуждений, что отражается на процессах восприятия информации от внутренних органов. Так, например, в нормальных условиях, особенно в дневное время, более мощный поток соматических возбуждений маскирует возбуждение от висцеральных структур, что не позволяет нам ощущать деятельность своих внутренних органов. В ночное время или при усилении активности интерорецепторов в случаях развития патологических процессов во внутренних органах поток возбуждений из внутренней среды преобладает, что сопровождается соответствующими неприятными ощущениями.
Явление конвергенции соматических и висцеральных афферентных возбуждений наблюдается и в других отделах ЦНС. В целом близкая локализация зон проекции соматических и висцеральных структур, а также конвергенция их афферентных возбуждений являются основой интеграции висцеральных и соматических функций в процессе организации как рефлекторных ответов, так и целенаправленного поведения.
Наибольшие и разнообразные влияния на вегетативные функции оказывает кора лобных долей, в то время как кора двигательных областей в основном влияет на те функции, которые тесно связаны с мышечной деятельностью, например
215
на работу сердца и тонус сосудов, что отражает роль двигательной коры в интеграции соматических и вегетативных центров.
Корковые влияния могут быть прямыми — через волокна пирамидного пути, или косвенными — опосредованно через ретикулярную формацию, гипоталамус и гипофиз. Академиком К.М. Быковым разработана концепция кортико-висце- ральных отношений, согласно которой кора большого мозга модулирует деятельность подкорковых структур, имеющих непосредственное отношение к регуляции вегетативных функций.
На функции АНС оказывает существенное влияние мозжечок. Выраженные влияния мозжечка на вегетативные процессы тесно сопряжены с двигательными соматическими процессами, а также обусловлены его связями с высшими центрами регуляции функций АНС, желез внутренней секреции. Показано, что мозжечок влияет на деятельность сердца, АД, глубину и частоту дыхания, на моторную, секреторную и всасывательную функции пищеварительного тракта, процессы желчеобразования и другие висцеральные функции. При повреждении мозжечка нарушаются белковый, липидный и углеводный обмен, процессы терморегуляции и кроветворения.
4.12. Адаптационно-трофическая функция симпатического отдела АНС
Экспериментально было показано, что работоспособность утомленной скелетной мышцы повышается, если одновременно раздражается ее симпатический нерв. Сама по себе стимуляция симпатических волокон не вызывает сокращения мышцы, но изменяет состояние мышечной ткани — повышает ее восприимчивость к соматическим нервным импульсам.
Влияние симпатической нервной системы реализуется за счет действия медиаторов адреналина и норадреналина. Они достигают моторных пластин и мышечных волокон путем диффузии. Эти вещества восстанавливают и облегчают нерв- но-мышечную передачу, увеличивают выделение ацетилхолина волокнами двигательных нервов. Медиаторы участвуют также в мобилизации энергетических ресурсов клеток, оказывая влияние на различные пути метаболизма: растет потребление кислорода, увеличивается содержание АТФ, креатинфосфата, гликогена. Медиаторы симпатической системы могут увеличивать силу мышечного сокращения путем увеличения транспорта кальция из его внутриклеточных депо в саркоплазму мышечной клетки.
216
Наряду с этим было также обнаружено, что стимуляция симпатических волокон может значительно изменить возбудимость рецепторов, функциональные свойства ЦНС. На основании этих и многих других фактов Л.А. Орбели создал представление об адаптационно-трофической функции симпатической нервной системы. Согласно этому представлению, симпатические влияния не сопровождаются непосредственно видимым действием, но значительно повышают адаптивные возможности эффектора. Так, симпатическая нервная система активирует деятельность нервной системы в целом, активирует защитные силы организма (иммунные процессы, барьерные механизмы, свертывание крови), процессы терморегуляции. Ее возбуждение происходит при любых стрессовых состояниях и служит первым звеном запуска сложной цепи гормональных реакций.
Особенно ярко участие симпатической нервной системы обнаруживается в формировании эмоциональных реакций человека, независимо от причин их вызывающих. Так, например, радость сопровождается тахикардией, расширением сосудов кожи, а страх — замедлением сердечного ритма, сужением кожных сосудов, потоотделением, изменением перистальтики кишечника. Гнев вызывает расширение зрачков.
Следовательно, в процессе эволюционного развития симпатическая нервная система превратилась в инструмент мобилизации всех ресурсов (интеллектуальных, энергетических и др.) организма как целого в тех случаях, когда возникает угроза самому его существованию.
Мобилизующая роль симпатической нервной системы опирается на обширную систему ее связей, позволяющую посредством мультипликации импульсов в многочисленных пре- и паравертебральных ганглиях мгновенно вызывать генерализованные реакции практически всех органов и систем организма. Существенным дополнением к ним является и выброс в кровь из надпочечников адреналина, который вместе с ней образует симпатико-адреналовую систему.
Возбуждение симпатической нервной системы приводит к изменению гомеостатических констант организма, что выражается в повышении кровяного давления, выходе крови из депо, поступлении в кровь ферментов, глюкозы, повышении метаболизма тканей, снижении мочеобразования, угнетении функции пищеварительного тракта и др. Поддержание постоянства этих показателей целиком ложится на парасимпатический и метасимпатический отделы.
Таким образом, в сфере управления симпатической нервной системы находятся в основном процессы, связанные с расходом энергии в организме, а парасимпатической и метасимпатической — с ее кумуляцией.
217
Г л а в а 5 ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЖЕЛЕЗ ВНУТРЕННЕЙ СЕКРЕЦИИ
Гуморальный механизм регуляции функций организма предусматривает изменение физиологической активности органов и систем под влиянием химических веществ. Эти веще- ства-регуляторы выделяются эндокринной системой во внутреннюю среду организма — интерстициальную жидкость, лимфу, кровь, ликвор. Они могут действовать местно, т.е. на клетки, в которых они образовались или находящиеся в ближайшем окружении, но могут реализовать свои эффекты системно, т.е. на структуры всего организма, к которым они доставляются через кровь. Для гуморального механизма управления характерно относительно медленное распространение управляющих воздействий, их диффузный характер, относительно низкая надежность осуществления связи.
Гуморальный механизм является древнейшей формой взаимодействия, совершенствовавшейся по мере эволюции живого организма. В организме человека и высших животных можно найти различные варианты его реализации. Неспецифическим вариантом регуляции является местная регуляция.
Местная регуляция осуществляется путем передачи управляющих сигналов в пределах одной ткани или органа посредством креаторных связей, продуктов обмена веществ — метаболитов, биологически активных веществ (БАВ) — тканевых гормонов.
Креаторные связи — это обмен информацией между клетками с помощью медиаторов межклеточного взаимодействия (цитокинов, факторов роста), адгезивных и клеточно-матрикс- ных молекул с целью объединения клеток в ткань, управления дифференцировкой, ростом, развитием и функционированием отдельных клеток как целостной многоклеточной системы.
Метаболиты — продукты обмена веществ, могут действовать аутокринно, т.е. изменять работу клеток, из которых выделяются, или паракринно, т.е. изменять работу клеток, расположенных в пределах этой же ткани, достигая их через интерстициальную жидкость. Например, накапливающаяся при физической работе молочная кислота вызывает расширение сосудов, приносящих к мышце кровь, и тем самым увеличивает снабжение мышцы кислородом, но одновременно вызывает уменьшение силы мышечного сокращения.
Тканевые гормоны также являются биологически активными веществами (БАВ) — продуктами метаболизма клеток, но имеют более сложное химическое строение. К их числу относятся, например, биогенные амины (гистамин, серотонин), кинины, ангиотензины, эндотелии, лейкотриены, простагландины. Эти вещества могут изменять биофизические свойства клеток -
218
проницаемость мембран, величину мембранного потенциала, регулировать процессы энергетического обмена, интенсивность ферментативных реакций, образования вторичных посредников и вызывать сдвига кровоснабжения ткани. БАВ реализуют регуляторные эффекты на клетки через специализированные клеточные рецепторы мембран. БАВ являются также модуляторами регуляторных влияний, так как изменяют чувствительность клеток к нервным и гормональным влияниям путем изменения количества клеточных химических рецепторов и их сродства к различным информационным молекулам.
БАВ, образуясь в тканях, действуют ауто- и паракринно, по могут проникать в кровь и действовать телекринно, т.е. системно. Некоторые из них (кинины) образуются из предшественников в плазме крови, поэтому эти вещества способны оказывать наряду с местным действием еще и регионарное регуляторное влияние и даже вызывать генерализованные эффекты, подобные гормонам. Вместе с тем в отличие от гормонов образование этих веществ осуществляется неспециализированными клетками.
Специализированный вариант управления осуществляется с помощью биологически активных веществ — гормонов (инкретов), образующихся в специальных клетках и действующих телекринно. Эти клетки могут быть расположены:
•компактно в железах внутренней секреции (эндокринных железах), которые не имеют выводных протоков и выделяют секрет непосредственно в межклеточное пространство, откуда он поступает в кровь, лимфу, церебральную жидкость; к их числу относятся гипофиз, эпифиз, щитовидная и околощитовидные железы, вилочковая железа, надпочечники;
•компактно в виде скопления клеток (островков) в железах смешанной секреции, выполняющих наряду с эндокринной и другие функции; к числу таких желез относятся поджелудочная, вилочковая, половые железы, плацента (временная железа);
•диффузно в различных органах и тканях; продуктами деятельности этих клеток являются гормоноподобные вещества — пептиды; совокупность таких эндокринных клеток получила название «диффузная эндокринная система»; большое количество таких клеток обнаружено, например, в желудочно-кишечном тракте;
•в органах, клетки которых наряду с их основной функцией обладают способностью синтезировать и выделять БАВ. Так, например, миоциты предсердий одновременно с сократительной функцией образуют и секретируют
натрийуретический пептид, клетки эпителия сосудов — эндотелии, клетки почек — эритропоэтин.
219
Гуморальный механизм управления предполагает интеграцию всего комплекса структур, продуцирующих БАВ, пептиды, метаболиты, гормоны, медиаторы и модуляторы, в единый механизм, способный обеспечить адаптацию организма в широком диапазоне изменений окружающей среды.
5.1. Регуляция эндокринных функций
Гуморальный способ управления функциями организма представляет часть единого нейрогуморального механизма. Интеграция нервных и гуморальных управляющих влияний осуществляется на уровне гипоталамуса, к клеткам которого подходят нервные проводники от нейронов коры и подкорковых образований. По этим проводникам передаются сигналы, которые могут активировать или затормозить его работу
(рис. S.1).
Гипоталамус как высший подкорковый вегетативный центр организует дальнейшую передачу регулирующих воздействий двумя путями — парагипофизарно (минуя гипофиз) и трансгипофизарно (через посредство гипофиза).
Парагипофизарный путь реализуется путем изменения активности симпатического и парасимпатического отделов автономной нервной системы. Все структуры нашего организма, в том числе и железы внутренней секреции, имеют богатую иннервацию, что позволяет как получать управляющие влияния из ЦНС, так и посылать информацию о состоянии желез. Гипоталамус через структуры автономной нервной системы непосредственно регулирует работу мозгового вещества надпочечников, паращитовидных и поджелудочной желез. При этом регулирующие влияния симпатического и парасимпатического нервов в значительной мере связаны с изменением тонуса сосудов и кровоснабжения желез, что и изменяет их функцию.
Трансгипофизарный путь позволяет гипоталамусу изменять работу желез посредством образования нейрогормонов. Некоторые из них выделяются в кровь в задней доле гипофиза (нейрогипофиз) и оказывают непосредственное действие на клетки-мишени. Другие — рилизинг-факторы (либерины, статины) — действуют на железистые клетки передней доли гипофиза (аденогипофиз), изменяя интенсивность образования в них гормонов-регуляторов, которые в свою очередь воздействуют на железы, стимулируя их деятельность.
Основной механизм регуляции гормонообразовательной функции — саморегуляция. Изменение в крови того вещества, уровень которого регулирует гормон определенной железы, является фактором, который приводит к непосредственному раздражению рецепторных структур, самой железы и возбуж-
220
Рис. 5.1. Узловые механизмы эндокринной регуляции.
дению центральных механизмов саморегуляции. Так, при увеличении содержания глюкозы в крови увеличивается секреция инсулина. Этот эффект реализуется как нервно-реф- лекторным путем, так и гуморально путем воздействия глюкозы на нервные центры, а также на клетки самой железы. При этом в печени усиливается синтез гликогена, что нормализует содержание глюкозы в крови. Уменьшение содержания глюкозы в крови усиливает образование гормона глюкагона в поджелудочной железе и адреналина в надпочечниках, что увеличивает распад гликогена до глюкозы и восстанавливает глюкозный гомеостаз.
При изменении концентрации кальция в крови изменяется секреция паратгормона в паращитовидных железах.
Биосинтез и секреция гормонов могут регулироваться и на внутриклеточном уровне по принципу обратной связи, т.е. предшествующие стадии определенной цепи реакций могут тормозиться или усиливаться продуктами последующей стадии.
221
Увеличение содержания гормона в крови приводит к ограничению его синтеза путем реализации отрицательных обратных связей. Различают ультракороткие отрицательные обратные связи, когда гормон действует на продуцирующие его клетки; короткие, когда гормон действует на клетки гипофиза; продуцирующие соответствующий тропный гормон, и длинные, когда гормон действует на клетки гипоталамуса, продуцирующие рилизинг-факторы.
Центральным звеном эндокринной системы являются железы внутренней секреции. Различают:
•эндокринные железы центральные, к которым относятся гипоталамус, гипофиз, эпифиз;
•эндокринные железы периферические — околощитовидные, щитовидная, надпочечники, поджелудочная, половые.
По функциональной зависимости от гипофиза эндокринные железы делятся на гипофиззависимые и гипофизнезависимые.
Эндокринные железы образуют «рабочие системы», функционально объединяющие различные структуры. К их числу относятся гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая, сим- патико-адреналовая, гастроэнтеропанкреатическая системы. Это свидетельствует о взаимодействии эндокринных желез, когда гормоны одних влияют на функцию других желез. Взаимодействие эндокринных желез может осуществляться и таким образом, что на один и тот же орган или физиологическую функцию могут оказывать влияние одновременно несколько гормонов разных желез.
5.2. Методы изучения функций желез внутренней секреции
Методы изучения функций желез внутренней секреции подразделяют на экспериментальные и клинические.
Среди экспериментальных физиологических методов выделяют:
•полное или частичное удаление (экстирпация) желез внутренней секреции, что приводит к прекращению поступления в организм гормонов железы и соответствующим нарушениям;
•фармакологическое выключение функции желез: например, метилтиоурацил угнетает синтез тироксина, аллокеан избирательно блокирует бета-клетки островкового аппарата поджелудочной железы и прекращает образование инсулина;
222
•метод денервации железы — перерезки нервов, иннервирующих железу;
•исследование эффектов избытка и замещения дефицита гормона методом наблюдения последствий введения экстрактов эндокринных желез, химически чистых гормонов или гормональных препаратов интактному животному или животному после удаления железы, а также после пересадки в организм животного ткани этой железы;
•биологические методы:
асоздание общего кровотока двух организмов (сращивание), у одного из которых повреждена или удалена та или иная железа внутренней секреции, что позволяет не только выявить физиологическую роль той
или иной эндокринной железы, но и изучить компенсаторные механизмы, обеспечивающие жизнедеятельность организма при поражении ЖВС;
А выявление активности эндокринных желез путем введения продуктов одного организма (кровь, моча и др.) другому с целью изменить его функции, например введение мочи беременных женщин вызывает у крыс течку, что позволяет поставить диагноз беременности.
К клинико-лабораторным методам относятся:
•исследование больных с недостаточной или избыточной функцией той или иной железы и последствий хирургических вмешательств, проведенных у этих больных с лечебной целью;
•определение содержания гормонов и их метаболитов в плазме крови, спинномозговой жидкости биологическими и химическими методами;
•функциональные нагрузочные пробы, например определение толерантности к глюкозе;
•метод с использованием изотопов позволяет изучить синтез гормонов и локализовать место их синтеза. Так, для изучения функции щитовидной железы используют радиоактивный йод. Радиоизотопное сканирование выявляет изменения паренхимы.
5.3. Роль и функции гормонов
Продуктом деятельности эндокринных структур являются гормоны, оказывающие различное влияние на функции организма:
•метаболическое — обусловлено влиянием на активность ферментов и, следовательно, на обмен веществ;
223