1. Физиология ЦНС как научная дисциплина. Предмет и задачи. Методы исследования.

Физиология это наука, изучающая жизнедеятельность целостного организма и его частей – систем, органов, клеток, выясняющая причины и механизмы этой деятельности, законы ее протекания и взаимодействия с внешней средой, а также физические и химические основы разных проявлений жизнедеятельности.

В физиологии выделяют на правах отдельных дисциплин: общую физиологию, физиологию систем и органов и физиологию целостного организма в его взаимодействии с окружающей средой (в эту отрасль включается физиология высшей нервной деятельности). В качестве разделов физиологии человека выделяются: физиология труда, спорта, авиационная и космическая физиология. Существует также сравнительная, экологическая, возрастная физиология и климатофизиология.

Особое место занимает физиология центральной нервной системы. Физиология ЦНС изучает состав и функции главных составных частей нервной системы, таких как головной и спинной мозг.

Предмет физиологии ЦНС заключается в изучении закономерностей процесса становления, развития и функционирования регулятивных основ нервной системы человека и животного, прежде всего спинного и головного мозга. Изучение строения и функций нервной системы осуществляется с учетом филогенеза и онтогенеза, в тесном взаимодействии с окружающей, в том числе и социальной средой.

Задачи физиологии ЦНС:

1. Познание законов функционирования ЦНС позволяет добиться высокой точности диагностики психических познавательных процессов, свойств и состояний личности, определить понятие психической нормы и на этой основе активно проводить психологическое обеспечение профессиональной деятельности, регулировать психическое развитие и предупреждать отклонения и патологии.

2. Изучение физиологии ЦНС помогает практическим психологам понять особенности строения и функции материального носителя психики, вскрыть закономерности и механизмы физиологии нервных процессов в интересах сохранения психического здоровья человека, для оказания людям квалифицированной психологической помощи.

3. Физиология ЦНС активно способствует клинической психологии в лечении различных нервно-психических заболеваний, которые представляют собой нарушения физиологических процессов и сопровождаются структурными изменениями в организме человека. Такие изменения могут существенно отразиться на психике, поведении и деятельности человека, представляя собой определенную опасность в процессе социального взаимодействия.

4. Физиология ЦНС способствует глубокой разработке механизмов нервных процессов, которые обеспечивают деятельность специалистов в области психиатрии, психотерапии, психофизики, психофизиологии, нейропсихологии, психобиологии, физиологии высшей нервной деятельности, патопсихологии.

5. Физиология ЦНС играет важную роль в понимании процессов и состояний человека в экстремальных условиях трудовой деятельности.

6. Физиология ЦНС помогает понять процессы возрастных изменений человека и соответственно учитывать их при диагностике, прогнозировании и регулировании психики детей и подростков на различных этапах жизненного пути. Достижения физиологии ЦНС используют специалисты по возрастной психологии, педагогической психологии и геронтологии. Педагогика на основе физиологии ЦНС смогла по-новому взглянуть на процессы обучения и воспитания, коррекции детей с различными отклонениями в умственном развитии Исследование элементарных физиологических процессов восприятия, осмысления и воспроизведения информации, знаний, умений и навыков является основой изменения современной базы общеобразовательного процесса.

7. Научная задача физиологии ЦНС состоит в том, чтобы изучить механизмы влияния физиологических процессов на динамику физической и умственной работоспособности человека. Понимание такой динамики позволит сохранить работоспособность на высоком уровне длительный период времени, своевременно предупредить аварии и травматизма на основе утомления.

8. Актуальной современной задачей физиологии ЦНС является необходимость всестороннего учета физиологических факторов при проектировании, разработке и эксплуатации техники.

9. Первостепенная задача физиологии ЦНС стоит в профилактике наркологической зависимости человека, предупреждении и лечении алкоголизма и игромании.

Методы физиологии – это определенный арсенал приемов и способов изучения физиологических явлений, принятый в данной области знания и предназначенный для расширения возможностей познания. Методический набор физиологического изучения центральной нервной системы можно представить следующим образом:

• поведенческие методы – изучение поведения животных в неволе и естественных условиях обитания, а также клиническое наблюдение за травмами головного и спинного мозга;

• морфологические методы связаны с окрашиванием нервной ткани для световой и электронной микроскопии;

• физиологические методы – методы экспериментального повреждения, удаления или разрушения нервной ткани;

• метод электростимуляции – наблюдение за работой определенных участков нервной системы после подачи стимульного раздражения;

• метод электрической регистрации – снятие биоэлектрических потенциалов с различных объектов нервной системы: клеток, мембраны, целого органа.

• Химические методы радиографии – фоторегистрация распространения меченого вещества в структурах нервной системы:

• Метод позитронно-эмиссионной томографии – регистрация, полученных при столкновении позитрона с электроном, протонов, которые проникают в различные участки нервной ткани.

• Метод компьютерной аксиальной томографии (сканирование) - получение рентгенограммы, сделанной под различными углами с целью получения картин нервной ткани в поперечном разрезе. К этому методу относятся: методы рентгеновской дифракции, мессбауэровской спектроскопии и ядерно-магнитного резонанса.

• Метод регистрации токов в микроучастках клеточной мембраны.

2. Структурный и системный методологические подходы в изучении физиологии ЦНС. Принципы работы организма: системность, целостность, самоорганизация, саморегуляция.

Изучение физиологических процессов и функций живого организма вообще и центральной нервной системы в частности, осуществляется с учетом определенных принципиальных положений. Принципы – основные положения, на которых базируется система теоретических рассуждений и построений в той или иной области знаний. Методологические принципы указывают направление исследования, способствуют постановке проблем и влияют на истолкование результатов экспериментов.

Принципы изучения физиологии ЦНС:

1. Принцип целостности: строение нервных органов и их регулятивных функций рассматриваются как единое целое. Целостность организма заключается в диалектическом единстве его структур и функций. Причем, целое несводимо к простой сумме частей и элементов. Такое единство организма представляет собой новообразование, суть которого заключается в формировании специфических свойств целостной саморегулирующейся биологической системы. К свойствам целостной системы относят: обмен веществ, поддержание энергетического и теплового баланса, получение, хранение и воспроизводство информации, целенаправленную деятельность, саморегуляцию. Деятельность целостной саморегулирующейся биологической системы направлена на самосохранение, адаптацию и развитие. При этом имеется в виду, что связь структур мозга и организма в целом с психическими функциями регулирования является весьма сложной и не всегда прямой.

2. Принцип развития: физиологические явления необходимо рассматривать в их развитии. Развитие – это всегда система необратимых качественных изменений. Целостность организма человека, его систем и органов формируется и разрушается в ходе развития. Проблема заключается в том, что приспособительные возможности этой целостной биологической системы рассматриваются в физиологии с двух позиций: как результат длительного и сложного процесса эволюции животного мира (филогенез), и как процесс актуальных прижизненных изменений его структурно-функциональных образований в практической деятельности человека (онтогенез). Процесс эволюционного развития живого организма, приспособительных реакций сопровождается формированием качественно новых свойств целостной биологической системы. Прижизненное состояние и индивидуальное развитие организма рассматривается физиологией с учетом влияния актуальных негативных (позитивных) факторов внутренней и внешней среды, продуктов и результатов жизнедеятельности человека.

3. Принцип системности: работа нейронов нашего мозга состоит не только в том, что они передают и принимают информацию. Нервные клетки объединяются в целые системы, ансамбли и сети, обеспечивая связь со средой и выполняя самые разнообразные регулирующие и мобилизирующие функции организма. Принцип системности требует рассматривать проблемы физиологии ЦНС с точки зрения специфических закономерностей данной системы, многомерности изучаемых явлений, многоуровневости и иерархичности нервных процессов, многопорядковости при описании явлений и состояний. Наиболее перспективными подходами, опирающимися на принцип системности в анализе нейрофизиологических основ психики, являются: 1. теория паттернов мультиклеточной активности (Н.П.Бехтерева); 2. теория пространственной синхронизации мозговых процессов (М.Н.Ливанова); 3. теория функциональных систем (П.К.Анохин).

4. Принцип детерминизма: физиологические явления закономерно и необходимо зависимы от порождающих их факторов. Другими словами, детерминизм означает наличие причинно-следственных связей становления, развития и функционирования нервных процессов. Физиология доказала, что существует строгая причинная зависимость нервных процессов и психики в целом от материальных и духовных условий жизнедеятельности человека. Современное понимание принципа детерминизма в физиологии ЦНС реализуется как научное знание с разработкой различных форм детерминации: системной детерминации; детерминации типа обратной связи; статистической детерминации; целевой детерминации.

3. Представление о функциональных системах организма. Архитектоника фс. Изоморфизм, голографизм, консерватизм и пластичность фс.

4. Виды и свойства возбудимых тканей. Возубудимость, раздражимость, проводимость, реактивность, пластичность как свойства живых тканей.

Основным свойством любой ткани является раздражимость, т. е. способность ткани изменять свои физиологические свойства и проявлять функциональные отправления в ответ на действие раздражителей.

Раздражители – это факторы внешней или внутренней среды, действующие на возбудимые структуры.

Различают две группы раздражителей:

1) естественные (нервные импульсы, возникающие в нервных клетках и различных рецепторах);

2) искусственные: физические (механические – удар, укол; температурные – тепло, холод; электрический ток – переменный или постоянный), химические (кислоты, основания, эфиры и т. п.), физико-химические (осмотические – кристаллик хлорида натрия).

Классификация раздражителей по биологическому принципу:

1) адекватные, которые при минимальных энергетических затратах вызывают возбуждение ткани в естественных условиях существования организма;

2) неадекватные, которые вызывают в тканях возбуждение при достаточной силе и продолжительном воздействии.

К общим физиологическим свойствам тканей относятся:

1) возбудимость – способность живой ткани отвечать на действие достаточно сильного, быстрого и длительно действующего раздражителя изменением физиологических свойств и возникновением процесса возбуждения.

Мерой возбудимости является порог раздражения. Порог раздражения – это та минимальная сила раздражителя, которая впервые вызывает видимые ответные реакции. Так как порог раздражения характеризует и возбудимость, он может быть назван и порогом возбудимости. Раздражение меньшей интенсивности, не вызывающее ответные реакции, называют подпороговым;

2) проводимость – способность ткани передавать возникшее возбуждение за счет электрического сигнала от места раздражения по длине возбудимой ткани;

3) рефрактерность – временное снижение возбудимости одновременно с возникшим в ткани возбуждением. Рефрактерность бывает абсолютной (нет ответа ни на какой раздражитель) и относительной (возбудимость восстанавливается, и ткань отвечает на подпороговый или сверхпороговый раздражитель);

4) лабильность – способность возбудимой ткани реагировать на раздражение с определенной скоростью. Лабильность характеризуется максимальным числом волн возбуждения, возникающих в ткани в единицу времени (1 с) в точном соответствии с ритмом наносимых раздражений без явления трансформации.

5) Сократимость – способность мышцы отвечать сокращением на раздражение.

5. Нервная клетка и нервное волокно, как единица нс. Их строение, виды, функции, свойства.

Нервная ткань (textus nervosus) — совокупность клеточных элементов, формирующих органы центральной и периферической нервной системы. Обладая свойством раздражимости, нервная ткань обеспечивает получение, переработку и хранение информации из внешней и внутренней среды, регуляцию и координацию деятельности всех частей организма. В составе нервной ткани имеются две разновидности клеток: нейроны (нейроциты) и глиальные клетки (глиоциты). Первый тип клеток организует сложные рефлекторные системы посредством разнообразных контактов друг с другом и осуществляет генерирование и распространение нервных импульсов. Второй тип клеток выполняет вспомогательные функции, обеспечивая жизнедеятельность нейронов. Нейроны и глиальные клетки образуют глионевральные структурно-функциональные комплексы.

Нервная ткань имеет эктодермальное происхождение. Она развивается из нервной трубки и двух ганглиозных пластинок, которые возникают из дорсальной эктодермы в процессе ее погружения (нейруляция). Из клеток нервной трубки образуется нервная ткань, формирующая органы ц.н.с. — головной и спинной мозг с их эфферентными нервами, из ганглиозных пластинок — нервная ткань различных частей периферической нервной системы. Клетки нервной трубки и ганглиозной пластинки по мере деления и миграции дифференцируются в двух направлениях: одни из них становятся крупными отростчатыми (нейробласты) и превращаются в нейроциты, другие остаются мелкими (спонгиобласты) и развиваются в глиоциты.

Основу нервной ткани составляют нейроны. Вспомогательные клетки нервной ткани (глиоциты) различают по структурно-функциональным особенностям. В центральной нервной системе имеются следующие виды глиоцитов: эпендимоциты, астроциты, олигодендроциты; в периферической — глиоциты ганглиев, концевые глиоциты и нейролеммоциты (шванновские клетки). Эпендимоциты образуют эпендиму — покровный слой, выстилающий полости мозговых желудочков и центральный канал спинного мозга. Эти клетки имеют отношение к метаболизму и секреции некоторых компонентов цереброспинальной жидкости.

Астроциты входят в состав ткани серого и белого вещества головного и спинного мозга; имеют звездчатую форму, многочисленные отростки, распластанные терминали которых участвуют в создании глиозных мембран. На поверхности мозга и под эпендимой они формируют наружную и внутреннюю пограничные глиозные мембраны. Вокруг всех кровеносных сосудов, проходящих в мозговой ткани, астроциты образуют периваскулярную глиозную мембрану. Вместе с компонентами самой стенки кровеносного сосуда эта глиозная мембрана создает гематоэнцефалический барьер — структурно-функциональную границу между кровью и нервной тканью.

Олигодендроциты в сером веществе мозга являются клетками-саттелитами нейронов; в белом веществе они образуют оболочки вокруг их аксонов. Клетки периферической глии создают барьеры вокруг нейронов периферической нервной системы. Глиоциты ганглиев (клетки-сателлиты) окружают их перикарион, а нейролеммоциты сопровождают отростки и участвуют в образовании нервных волокон.

Нервные волокна — пути распространения нервного импульса; они формируют белое вещество головного и спинного мозга и периферические нервы. В нервном волокне имеются центральная часть, образоваиная аксоном нервной клетки, и периферическая — оболочечные глиальные клетки, или леммоциты. В ц.н.с. роль леммоцитов играют олигодендроциты, а в периферической нервной системе — нейролеммоциты. Аксон нервного волокна как часть нервной клетки имеет наружную мембрану (аксолемму) и содержит органеллы: нейрофиламенты, микротрубочки, а также митохондрии, лизосомы, незернистую эндоплазматическую сеть. По аксону от тела нейрона осуществляется аксонный транспорт белков органелл. В аксонном транспорте различают медленный поток (со скоростью около 1 мм в сутки), обеспечивающий рост аксонов, и быстрый поток (около 100 мм в сутки), имеющий отношение к синаптической функции. Транспортные процессы в осевом цилиндре связывают с системой микротрубочек.

В зависимости от способа организации оболочки вокруг аксона различают миелиновые (мякотные) и безмиелиновые (безмякотные) нервные волокна. В последних аксон погружен в цитоплазму леммоцита, поэтому окружен только его двойной цитомембраной. Безмякотные волокна тонкие (0,3—1,5 мкм), характеризуются низкой скоростью проведения импульса (0,5—2,5 м/с). Такие волокна типичны для вегетативной нервной системы. В миелиновых (мякотных) нервных волокнах цитомембрана леммоцита вследствие многократного закручивания вокруг аксона (миелогенез) образует многослойную структуру из чередующихся билипидных и гликопротеиновых слоев. Этот слоистый, богатый липидами материал называется миелином. Миелиновые нервные волокна различаются по толщине миелиновой оболочки (от 1 до 20 мкм), что влияет на скорость распространения импульса (от 3 до 120 м/с). Миелиновое покрытие по длине волокна имеет сегментарное строение, зависящее от протяженности леммоцита (от 0,2 до 1,5 мкм). На границе двух леммоцитов имеются участки безмиелиновых перетяжек — узлы нервного волокна (перехваты Ранвье). Поэтому распространение импульса в миелиновых волокнах носит сальтаторный (скачкообразный) характер. Миелиновые волокна типичны для соматических нервов, а также проводящих путей головного и спинного мозга. Ведущее значение аксона как части нейрона в структурно-функциональной организации нервного волокна проявляется при его повреждении. Если погибает даже небольшой участок, то нервное волокно гибнет на всем его дальнейшем протяжении, т.к. оказывается отделенным от тела клетки, от которого зависит его существование. Гибель дистального участка аксона сопровождается дегенерацией и распадом его миелиновой оболочки (валлеровское перерождение). При этом макрофаги поглощают распадающийся миелин и остатки аксона, а затем удаляются из очага. Дальнейший процесс восстановления связан с реакцией нейролеммоцитов, которые начинают пролиферировать с проксимального конца поврежденного нервного волокна, образуя трубки. Аксоны врастают в эти трубки со скоростью 1—3 мм в сутки. Этот процесс характерен для периферических нервов после их сдавления и перерезки.

6. Строение и функции клеточной мембраны нейрона. Транспорт веществ через биологические мембраны. Механизм работы Na+ - K+ насоса.

7. Механизм возникновения потенциала покоя\действия нервной клетки.