Основы_физиологии_человека_2001_Агаджанян_НИ

Глава 2. Физиология возбудимых тканей

35

тивность пейсмекеров модулирующие влияния. При нанесении ацетилхолина на препарат мышцы толстой кишки частота ПД воз­ растает. Вызываемые ими сокращ ения сливаются, образуется почти гладкий тетанус. Чем выше частота ПД, тем сильнее сокра­ щение. Норадреналин, напротив, гиперполяризует мембрану, снижая частоту ПД и величину тетануса.

Возбуждение гладкомышечных клеток вызывает повышение концентрации кальция в саркоплазме, что активирует сократи­ тельные структуры. Так же как сердечная и скелетная мышцы, гладкая мышца расслабляется при снижении концентрации ио­ нов кальция. Расслабление гладких мышц происходит медленнее, так как удаление ионов кальция замедлено.

Ф изиология синапсов

Термин «синапс» был введен Ч.Ш еррингтоном. Синапсом на­ зывается функциональное соединение между нервной клеткой и другими клетками. Синапсы — это те участки, где нервные им­ пульсы могут влиять на деятельность постсинаптической клетки, возбуждая или тормозя ее. Существуют две разновидности си­ напсов: электрические и химические. В химическом синапсе вы­ деляется медиатор, генерирующий потенциалы на постсинапти­ ческой мембране, а в электрическом от пресинаптического ней­ рона к постсинаптическому идет электрический ток.

Электрические синапсы

Этим синапсам свойственны очень узкая синаптическая щель и очень низкое удельное сопротивление пре- и постсинаптических мембран, что обеспечивает прохождение локальных элект­ рических токов. Низкое сопротивление связано с наличием кана­ лов, пересекающ их обе мембраны, т.е. идущих из клетки в клетку (щелевой контакт). Каналы образуются белковыми молекулами контактирующих мембран, которые соединяются комплементар­ но. Ток, вызванный пресинаптическим потенциалом действия, раздражает постсинаптическую мембрану, где возникает ВПСП, а затем и потенциал действия. Электрические синапсы формиру­ ются, как правило, между клетками одного типа (например, м еж ­ ду клетками сердечной мышцы).

Химические синапсы

Химические синапсы можно классифицировать по их место­ положению и принадлежности соответствующим структурам: пе­ риф ерические (нервно-мышечные, нейросекреторные, рецеп ­ торно-нейрональные); центральные (аксосоматические, аксодендритные, аксоаксональные, соматодендритные, соматосоматические); по знаку их действия — возбуждающие и тормозящие; по

36	Глава 2. Физиология возбудимых тканей

медиатору, который осуществляет передачу, — холинергические, адренергические, серотонинергические, глицинергические и т.д.

Синапс состоит из трех основных элементов: пресинаптической мембраны, постсинаптической мембраны и синаптической щели. Особенностью постсинаптической мембраны является на­ личие в ней специальных рецепторов, чувствительных к опреде­ ленному медиатору, и наличие хемозависимых ионных каналов. Возбуждение передается с помощью медиаторов (посредников). М едиаторы — это химические вещества, которые в зависимости от их природы делятся на следующие группы: моноамины (ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин), аминокислоты (гамма-аминомасляная кислота — ГАМК, глутаминовая кислота, глицин и др.) и нейропептиды (вещество Р, эндорфины, нейротензин, ангиотензин, вазопрессин, соматостатин и др.). М едиа­ тор находится в пузырьках пресинаптического утолщения, куда он может поступать либо из центральной области нейрона с по­ мощью аксонального транспорта, либо за счет обратного захвата медиатора из синаптической щели. Он мож ет такж е синтезиро­ ваться в синаптических терминалях из продуктов его расщ епле­ ния.

Когда к окончанию аксона приходит ПД и пресинаптическая мембрана деполяризуется, ионы кальция начинают поступать из внеклеточной жидкости внутрь нервного окончания (рис. 8). Кальций активирует перемещ ение синаптических пузырьков к пресинаптической мембране, где они разруш аются с выходом медиатора в синаптическую щель. В возбуждающих синапсах медиатор диффундирует в щели и связывается с рецепторами постсинаптической мембраны, что приводит к открытию кана­ лов для ионов натрия, а следовательно, к ее деполяризации — возникновению возбуждающего постсинаптического пот енциа­ ла (ВПСП). М ежду деполяризованной мембраной и соседними с ней участками возникаю т местные токи. Если они деполяризую т мембрану до критического уровня, то в ней возникает потенциал действия. В тормозных синапсах медиатор (например, глицин) аналогичным образом взаимодействует с рецепторами постси­ наптической мембраны, но открывает в ней калиевые и/или хлорные каналы, что вызывает переход ионов по концентраци­ онному градиенту: калия из клетки, а хлора — внутрь клетки. Это приводит к гиперполяризации постсинаптической мембраны — возникновению тормозного постсинаптического потенциала

(ТПСП).

Один и тот же медиатор может связываться не с одним, а с несколькими различны ми рецепторами. Так, ацетилхолин в нервно-мышечных синапсах скелетных мышц взаимодействует с Н-холинорецепторами, которые открываю т каналы для натрия,

Глава 2. Физиология возбудимых тканей

37

ПД нервного волокна

Двигательнаяконцеваяпластинка

Рис. 8. Нервно-мышечный синапс К окончанию нервного волокна приходит потенциал действия (ПД); си­

наптические пузырьки высвобождают медиатор (ацетилхолин) в синапти­ ческую щель; ацетилхолин (АХ) связывается с рецепторами постсинапти­ ческой мембраны; потенциал постсинаптической мембраны снижается от минус 85 до минус 10 мВ (возникает ВПСП). Под действием тока, иду­ щего от деполяризованного участка к недеиоляризованпым, возникает

потенциал действия па мембране мышечного волокна

что вызывает ВПСП, а в вагосердечных синапсах он действует на М -холинорецепторы, открываю щ ие каналы для ионов калия (ге­ нерируется ТПСП). Следовательно, возбуждающий или тормоз­ ной характер действия медиатора определяется свойствами постсинаптической мембраны (видом рецептора), а не самого ме­ диатора.

Кроме нейромедиаторов, пресинаптические окончания выде­ ляют вещества, которые не участвуют непосредственно в переда­ че сигнала и играют роль нейромодуляторов эффектов сигнала. Модуляция осуществляется влиянием либо на выделение медиа­ тора, либо на его связывание рецепторами постсинаптического нейрона, а такж е на реакцию этого нейрона на медиаторы. Ф унк­ цию классических медиаторов выполняют амины и аминокисло­ ты, функцию нейромодуляторов — нейропептиды. Медиаторы синтезируются в основном в терминалях аксона, нейропептиды образуются в теле нейрона путем синтеза белков, от которых они отщепляются под влиянием протеаз.

Синапсы с химической передачей возбуждения обладают р я ­ дом общих свойств; возбуждение через синапсы проводится толь­ ко в одном направлении, что обусловлено строением синапса (ме­ диатор выделяется только из пресинаптической мембраны и вза­ имодействует с рецепторами постсинаптической мембраны); пе­ редача возбуждения через синапсы осуществляется медленнее, чем по нервному волокну (синаптическая задержка); синапсы об­ ладают низкой лабильностью и высокой утомляемостью, а такж е высокой чувствительностью к химическим (в том числе и к ф ар ­

38	Глава 2. Физиология возбудимых тканей

макологическим) веществам; в синапсах происходит трансф ор­ мация ритма возбуждения.

Ф армакологические влияния на возбудимые ткани

Существует большое число препаратов, способных влиять на передачу возбуждения и торможения в химических синапсах. В зависимости от вида синапсов и характера действия их делят на несколько групп. Холинотропные средства влияют на передачу нервного импульса в холинергических синапсах. Эти вещества по строению близки к молекуле ацетилхолина и могут взаимодейст­ вовать либо с холинорецепторами, либо с инактивирующими ферментами (ацетилхолинэстераза, бутирилхолинэстераза). Хо­ линотропные средства делят на стимулирующие холинорецепторы — холиномиметики и блокирующие эти рецепторы — холино- литики. Холиномиметики — вещества, имитирующие эфф екты ацетилхолина. К М -холиномиметикам относятся пилокарпин, ацеклидин, карбахолин. Н-холиномиметическими средствами яв­ ляются лобелин, цитизин, анабазин, карбахолин. Непрямые холиномиметические средства (физостигмина салицилат, галантамина гидробромид, прозерин, оксазил) сами не влияют на холинорецепторы, а усиливают действие медиатора, предупреждая его раз­ рушение (угнетая обе холинэстеразы).

Холиноблокирующие (холинолитические) средства делятся на М- и Н-холинолитики. К М -холинолитическим препаратам отно­ сятся атропин, скополамин, платифиллин, метацин. Н-холиноли­ тики можно разделить на ганглиоблокаторы и миорелаксанты.

Ганглиоблокаторы (пахикарпин, пирилен, бензогексоний, пента­ мин и др.) нарушают проведение импульсов через вегетативные ганглии. М иорелаксанты вызываю т расслабление скелетных мышц. Различают антидеполяризующие (d-тубокурарин, ардуан) и деполяризующие (дитилин и др.) миорелаксанты. Деполяризую ­ щие миорелаксанты сначала кратковременно активируют Н-хо- линорецепторы, в результате возникает деполяризация (длящая­ ся несколько секунд) мембраны рецептора, сопровождающаяся фибрилляцией скелетных мышц. Деполяризация сменяется поте­ рей чувствительности к ацетилхолину — десентизацией, которая длится несколько минут. Она возникает как следствие изменения конформации рецептора и тормозящего влияния ионов кальция (в избытке попавших внутрь мышечного волокна в момент дли­ тельной деполяризации) на Ыа+,К+-АТФазу, что задерживает ре­ поляризацию постсинаптической мембраны и восстановление ее реакции на поступающую импульсацию.

Препараты, взаимодействующие с адренорецепторами, делят на подгруппы в зависимости от типа рецепторов, на которые они влияют: а,, а 2, р,, рг К а,-адреномиметикам относится норадрена-

Глава 2. Физиология возбудимых тканей

39

лин, <х2-адреномиметиком является клофелин. Добутамин отно­ сится к р.-адреномиметикам, он преимущественно влияет на мио­ кард, увеличивая силу, но не частоту сокращений. Средствами с преимущественным воздействием на р2-адренорецепторы явля­ ются орципреналин, салбутамол, фенотерол, их применяют для купирования бронхоспазма. Р2-Адреномиметики способны осла­ бить сокращ ения беременной матки, их используют для сохране­ ния беременности.

Дофамин — медиатор нервного импульса и предшественник норадреналина и адреналина. В физиологических концентрациях он влияет на дофаминорецепторы (D-рецепторы), при увеличе­ нии концентрации в крови способен стимулировать р-адреноре- цепторы, а в еще больших дозах — а-адренорецепторы. Стимуля­ ция 0,-рецепторов вызывает расслабление гладкой мускулатуры сосудов, сфинктеров пищевода, желудка, кишечника; увеличение силы сердечных сокращений. Стимуляция 0 2-рецепторов сопро­ вождается ограничением освобождения катехоламинов из окон­ чаний симпатических волокон, ацетилхолина — из преганглионарных волокон симпатических нервов, уменьшением секреции пролактина гипофизом, слюны подчелюстной железой.

Леводопа — предшественник дофамина, иорадреналина и ад­ реналина, не инактивируется МАО (моноаминоксидаза) и КОМТ (катехол-о-метилтрансфераза), проникает во все ткани, включая ЦНС. Нормализуя содержание дофамина в подкорковых структу­ рах, леводопа восстанавливает нормальные сокращ ения скелет­ ных мыш цу больных, страдающих дистонией и паркинсонизмом.

К непрямым адреномиметическим средствам относятся эфед­ рин и фенамин, которые похожи по структуре на катехоламин, по­ этому их активно транспортируют специальные механизмы из си­ наптической щели в пресинаптическое окончание, где они депо­ нируются в везикулах. Эти препараты вытесняют из везикул со­ держащ иеся в них катехоламины, увеличивая их освобождение как спонтанное, так и во время нервного импульса. Кроме того, эти вещества блокируют возврат катехоламинов из синаптичес­ кой щели в пресинаптическое окончание, увеличивая этим их кон­ центрацию в области адренорецепторов и приводя их к возбужде­ нию, помимо этого они сенсибилизируют адренорецепторы к ка­ техоламинам. Эфедрин преимущественно повышает активность норадреналина, а фенамин —дофамина, особенно в ЦНС.

Адренонегативные средства — это вещества, нарушающие передачу возбуждения в адренергических синапсах. Различают а- и p-адреноблокаторы (их называют такж е а- и р-адренолитика- ми). К а-адреноблокаторам относятся празозин (а,-адреноблока- тор), фентоламин (неселективный а-адреноблокатор), пирроксан и др. Средства из группы p-адреноблокаторов отличаются друг от друга не только способностью блокировать р, и р2-адренорецепто-

40 Глава 2. Физиология возбудимых тканей

ры, но и наличием или отсутствием мембраностабилизирующей и симпатомиметической активности. М ембраностабилизирующей активностью обладают анаприлин, окспренолол, пиндолол, алпренолол, это действие, заключающееся в уменьшении проница­ емости мембраны для ионов натрия и калия, не связано с блоки­ рованием p-адренорецепторов. Симпатомиметической активнос­ тью обладают пиндолол, окспренолол, алпренолол. Эти вещества, взаимодействуя с адренорецепторами, активируют их, вызывая небольшой миметический эффект, но одновременно предотвра­ щают реакцию этих же рецепторов на медиатор, выделяющийся при прохождении нервного импульса.

Средства, блокирующие дофаминовые рецепторы. Способ­ ностью блокировать D-рецепторы обладают аминазин (и другие производные фенотиазина), галоперидол, дроперидол (и другие производные бутирофенонов), метоклопрамид (церукал) и пр. Все они характеризуются широким спектром нейротропного дей­ ствия.

Симпатолитики — вещества, нарушающие освобождение медиатора из окончаний симпатических волокон. К этой группе относятся резерпин, октадин (изобарин) и орнид.

М естноанестезирующими средствами называются вещ ест­ ва, которые при соприкосновении с чувствительными нервными окончаниями или с нервными волокнами вызывают обратимое угнетение их возбудимости и проводимости.

Большинство местных анестетиков являются аминами, у ко­ торых аминогруппа (с помощью эфирной или амидной связи) со­ единена с ароматическим радикалом. По химическому строению их делят на две группы: сложные эфиры ароматических кислот (новокаин, дикаин, анестезин) и замещ енные амиды кислот (лидокаин, тримекаин, пиромекаин).

Катионы ряда анестетиков ведут себя как антагонисты ионов кальция. Они взаимодействуют с белковыми молекулами «мед­ ленных» кальциевых каналов, препятствуя проникновению С а+ внутрь клетки (не только нервного волокна, но и гладких мышц, миокарда, водителей ритма в сердце и др.). В результате происхо­ дит «стабилизация» мембраны, не раскрываются натриевые ка­ налы в момент прихода возбуждения, N a+ не проникает внутрь клетки. М ногие анестетики прямо влияют на натриевые каналы, способствуя их инактивации. Отсутствие потенциала действия и является причиной понижения возбудимости препаратами дан­ ной группы, в том числе антиаритмического и противосудорожного действия. М естные анестетики способны блокировать про­ ведение возбуждения по всем нервным волокнам (чувствитель­ ным, двигательным, вегетативным), однако в различных концент­ рациях и с неодинаковой скоростью, что зависит от наличия или отсутствия миелиновой оболочки. Наиболее чувствительны к ане­

Глава 2. Физиология возбудимых тканей

41

стетикам тонкие безмякотные волокна, поэтому в первую оче­ редь исчезает тактильная, болевая и температурная чувствитель­ ность, возникает блокада симпатических волокон, что приводит к расш ирению сосудов. Другие виды чувствительности угнетаются медленнее, в последнюю очередь блокируется проведение по дви­ гательным нервам. М естные анестетики не проникают через шванновскую оболочку, поэтому проведение блокируется только в перехватах Ранвье. Восстановление проводимости по нервам происходит в обратном порядке: позже всего этот процесс проис­ ходит в безмякотных волокнах.

Анестезия развивается только при непосредственном контак­ те препаратов данной группы с нервной тканью. При резорбтивном действии анестетики оказывают угнетающее влияние на ЦНС, которая чувствительна к значительно меньшим их концен­ трациям, чем периферический отдел нервной системы. М естные анестетики тормозят передачу нервных импульсов в централь­ ных синапсах, в вегетативных ганглиях. Они тормозят освобож ­ дение ацетилхолина, норадреналина из пресинаптических окон­ чаний (тоже результат «стабилизации» их мембран).

Различают несколько видов местной анестезии. Терминаль­ ная (концевая, поверхностная) анестезия развивается при воз­ действии препаратов на чувствительные нервные окончания, на­ ходящиеся в слизистых оболочках или на раневых поверхностях. Этот метод используют для анестезии роговицы глаза, носовых ходов при интраназальной интубации пищевода вследствие зон­ дирования желудка, уретры при цистоскопии, поверхности ож о­ гов при их лечении и т. д. Для данного вида обезболивания приме­ няют дикаин илидокаин, которые легко проникают в поверхност­ ные слои слизистых оболочек и достигают чувствительных нерв­ ных окончаний. Для терминальной анестезии применяют также анестезин, однако он плохо проникает через неповрежденные слизистые оболочки и кожу.

Проводниковая (регионарная) анестезия наступает в резуль­ тате блокады анестетиком нервного ствола. Нарушается проведе­ ние нервных импульсов от рецепторов к центральной нервной системе и утрачивается в результате этого чувствительность в той области, которая иннервируется нервным проводником. Для дан­ ного вида обезболивания применяют новокаин, тримекаин, лидокаин.

Спинномозговая (корешковая) анестезия — один из вариан­ тов проводниковой анестезии. Осуществляется путем введения растворов анестезирующ их веществ в субарахноидальное прост­ ранство между остистыми отростками поясничных позвонков для воздействия на задние (чувствительные) корешки спинного моз­ га. С этой целью наиболее широко используют тримекаин, не­ сколько реже — лидокаин и совкаин.

42	Глава 2. Физиология возбудимых тканей

Инфильтрационная анестезия достигается послойным про­ питыванием тканей раствором анестетика, начиная с кожи. При этом препарат действует и на нервные волокна, и на их оконча­ ния. Для данного вида обезболивания используют новокаин, тримекаин, лидокаин. Чтобы замедлить всасывание анестетиков из ме т введения и удлинить эффект, к их растворам (особенно к но­ вокаину) добавляют раствор адреналина гидрохлорида.

М естные анестетики, особенно новокаин, лидокаин и тримекаин, используют и для резорбтивных целей. Новокаин применя­ ют для блокирования вегетативных ганглиев, лидокаин и тримекаин — в качестве антиаритмических средств, для дополнения и потенцирования наркоза, так как они вызывают небольшой анальгетический эффект.

43

Г Л АВ А 3

ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Особое место в живом организме занимает нервная система, функционально объединяющая клетки, ткани, отдельные органы и системы органов в одно целое. Она осуществляет регуляцию всех процессов жизнедеятельности, обеспечивает связь организ­ ма с окружающей средой и приспособление к ее постоянным из­ менениям. С функциями ЦНС связаны процессы, лежащ ие в ос­ нове поведения и психической деятельности человека. ЦНС — это сложно организованная высокоспецифичная система быст­ рой передачи информации, ее обработки и управления, которая содержит около 50 миллиардов нервных клеток. Различные ней­ роны представляют собой единую структуру, которая приобрета­ ет новые функции. Активность нервных клеток выражается в ге­ нерации и передаче нервных импульсов, которые служат общим механизмом взаимодействия различных отделов ЦНС. Нервная система воспринимает огромное число импульсов от различных сенсорных систем, интегрирует всю эту информацию, анализи­ рует ее и дает команду исполнительным органам, обеспечивая адекватную ответную реакцию. В мозге находятся чувствитель­ ные центры, анализирующие изменения, которые происходят как во внешней, так и внутренней среде.

Нейрон

Нервная клетка (нейрон) — это функциональная единица нервной системы, строение и функции которой приспособлены к передаче и обработке информации. В каждом нейроне различают четыре различные области: тело, дендриты, аксон и аксонные окончания (терминали). Все эти области выполняют строго опре­ деленные функции. Центр процессов синтеза в нервной клетке — ее тело (сома), которое содержит ядро, рибосомы, эндоплазматический ретикулум и другие органеллы, здесь синтезируются ме­ диаторы и клеточные белки. При разрушении сомы дегенерирует вся клетка, включая аксон и дендриты. Главная функция аксона состоит в проведении нервных импульсов к другим клеткам — нервным, мышечным или секреторным. Большинство аксонов

44	Глава 3. Физиология центральной нервной системы

представляет собой длинные нитевидные отростки (длиной от не­ скольких миллиметров до нескольких метров). Аксоны чувстви­ тельных (сенсорных) нейронов передают информацию от распо­ ложенных на периферии рецепторов к ЦНС. Аксоны двигатель­ ных (моторных) нейронов проводят нервные импульсы от ЦНС к скелетным мышцам. Другие аксоны соединяют ЦНС с рецептора­ ми, мышечными и секреторными клетками внутренних органов. Специфической функцией аксона является проведение нервных импульсов, которые возникаю т в результате небольших измене­ ний проницаемости мембраны аксона и проходят по всей длине аксона. Ближе к окончанию аксон ветвится и образует кисточку из конечных ветвей (терминалей). На конце каждая терминаль образует специализированный контакт (синапс) с нервной, мы­ шечной или железистой клеткой. Функция синапса заключается в односторонней передаче информации от клетки к клетке. Когда к окончанию аксона приходит нервный импульс, в нем секретируется небольшое количество нейромедиатора, который высво­ бождается из окончания и связывается с рецепторами мембраны постсинаптического нейрона, изменяя ее проницаемость. Возни­ кающий в результате этого синаптический потенциал может быть возбуждающим или тормозным. В первом случае он может вы­ звать генерацию нервного импульса в постсинаптическом нейро­ не; тормозный потенциал, напротив, этому препятствует.

Дендриты образуются в результате древовидного разветвле­ ния отростков нервной клетки, отходящих от ее тела, их функция заключается в восприятии синаптических влияний. На дендритах и соме нервной клетки оканчиваются терминали аксонов сотен или тысяч нейронов, которые покрывают всю поверхность ней­ рона. В активном состоянии каждая терминаль высвобождает ме­ диатор, вызывающий местное изменение проницаемости мемб­ раны дендрита, т.е. изменение ее электрического потенциала. Эти возбуждающие и тормозные потенциалы передаются к на­ чальному сегменту аксона (аксонному холмику), который являет­ ся зоной генерации ПД. Этот участок обладает более низким по­ роговым уровнем возбуждения, чем тело и дендриты, здесь наи­ более высока плотность натриевых каналов. Если мембрана ак­ сонного холмика деполяризуется до критического уровня, то здесь возникаю т импульсы, частота которых возрастает пропор­ ционально степени деполяризации.

Все нейроны можно разделить на 3 класса: чувствительные (сенсорные), вставочные и эффекторные. Чувствительные ней­ роны представляют собой афферентные пути, по которым им­ пульсы передаются от рецепторов в ЦНС, а эфферентные нейро­ ны проводят импульсы от ЦНС к эффекторам (мышцам и ж еле­ зам). К эффекторным нейронам относятся двигательные (мотор­ ные) нейроны, иннервирующ ие скелетные мышцы, и нейроны