6-8, 15-18, 20, 22-34, 46-47, 56, 80, 83, 85-87, 90-94

111, 120-121, 129-130, 134-144, 146-150, 158-167, 170-171, 175-177

6. Классификация рефлексов. Рефлекторная дуга. Обратная афферентация, значение ее элементов.

7. Принципы рефлекторной теории (детерминизм, анализ и синтез, единство структуры и функции).

8. Гуморальная регуляция, характеристика и классификация физиологически активных веществ. Взаимоотношение нервных и гуморальных механизмов регуляции.

Гуморальная и нервная регуляция. Рефлекс. Рефлекторная дуга. Основные принципы рефлекторной теории

Все функции организма регулируются с помощью двух систем регуляции: гуморальной и нервной. Филогенетически более древняя гуморальная регуляция это регуляция посредством физиологически активных веществ (ФАВ) циркулирующих в жидкостях организма - крови, лимфе, межклеточной жидкости. Факторами гуморальной регуляции являются:

1.Неорганические метаболиты и ионы. Например, катионы кальция, водорода, углекислый газ.

2.Гормоны желез внутренней секреции. Вырабатываются специализированными инкреторными железами. Это инсулин, тироксин и др..

3.Местные или тканевые гормоны. Это гормоны вырабатываются специальными клетками, называемыми паракринными, транспортируются тканевой жидкостью и действуют только на небольшом расстоянии от секретирующих клеток. К ним относятся такие вещества, как гистамин, серотонин, гормоны желудочно-кишечного тракта и другие.

4.Биологически активные вещества, обеспечивающие креаторные связи между клетками ткани. Это белковые макромолекулы, выделяемые ими. Они регулируют дифференцировку, рост и развитие всех клеток составляющих ткань и обеспечивают функциональное объединение клеток в ткань. Такими белками являются, например кейлоны, которые тормозят синтез ДНК и деление клеток.

Основные особенности гуморальной регуляции:

1.Низкая скорость регулирующего воздействия, связанная с невысокой скоростью токов соответствующих жидкостей организма.

2.Медленое нарастание силы гуморального сигнала и медленное снижение. Это связано с постепенным увеличением концентрации ФАВ и постепенным их разрушением.

3.Отсутствие конкретной ткани или органа-мишени для действия гуморальных факторов. Они действуют на все ткани и органы по ходу тока жидкости, в клетках которых имеются соответствующие рецепторы.

Нервная регуляция - это регуляция функций организма посредством рефлексов, осуществляемых нервной системой.

Понятие о рефлекторном принципе деятельности нервной системы впервые разработано в 17 веке французским естествоиспытателем Рене Декартом. Он предложил гипотетическую схему формирования непроизвольного движения (механистическое представление). Термин "рефлекс" (отражательное действие) ввел в физиологию в 1771 году Унзер. Й. Прохаска в 1800 году разработал схему простейшей рефлекторной дуги. И.М. Сеченов распространил понятие "рефлекс" на любую, в том числе и высшую нервную деятельность (ВНД). При этом он исходил из 2-х положений: 1. всякая деятельность организма сводится в конечном итоге к движению. 2. все движения по своему происхождению рефлексы. И.П. Павлов экспериментально обосновал взгляд на рефлекс, как основной акт любой нервной деятельности. Он же разделил все рефлексы, по механизму образования, на безусловные и условные. Основные черты рефлекторной теории И.П. Павлов сформулировал в работе "Ответ физиолога психологам”. Она включает три основополагающих принципа:

1. Принцип детерминизма. Он гласит "нет действия без причины". Т.е. всякий рефлекторный акт является следствием действия раздражителя на организм.

2. Принцип анализа и синтеза. В мозге постоянно происходит анализ, т.е. различение сигналов, а также синтез, т.е. их взаимодействие и целостное восприятие.

3. Принцип структурности. В нервной системе нет процессов, не имеющих определенной структурной локализации.

Морфологической основой любого рефлекса является рефлекторная дуга или рефлекторный путь. Рефлекторная дуга (РД) это путь прохождения рефлекторной реакции, т.е. нервных сигналов. Рефлекторная дуга соматического (двигательного) рефлекса состоит из следующих основных звеньев:

1. Рецептор, воспринимающий раздражение

2. Афферентное или восходящее или чувствительное нервное волокно

3. Нервный центр в Ц.Н.С.

4.Эфферентное или нисходящее, двигательное нервное волокно

5. Исполнительный орган “эффектор”

В ряде рефлекторных дуг имеется нейрон обратной связи (6), или нейрон обратной афферентации, реагирующий на рефлекторный ответ и контролирующий его.

В соматической рефлекторной дуге можно выделить нейроны, выполняющие определенные функции. В частности, в простейшей моносинаптической рефлекторной имеется всего 2 нейрона: чувствительный и двигательный. В рассматриваемой нами простейшей полисинаптической рефлекторной дуге выделяют: а) чувствительный нейрон, б) вставочный нейрон, в) исполнительный нейрон. Рис. В сложных полисинаптических рефлекторных дугах имеется сотни и тысячи нейронов.

В дуге вегетативного рефлекса имеются следующие звенья:

1. Рецептор

2.Афферентное нервное волокно.

3.Нервный центр (например) для симпатических рефлексов в боковых рогах спинного мозга)

4. Преганглионарное нервное волокно

5. Вегетативный ганглий

6.Постганглионарнсе нервное волокно

7.Исполнительный орган. Рис.

Биологические и функциональные системы

В 50-60-х годах канадский биолог Людвиг Берталанфи, используя математические и кибернетические подходы, разработал основные принципы деятельности биологических систем. Они включают:

1. Целостность, т.е. не сводимость свойств системы к простой сумме свойств ее частей. Т.е. невозможно описать свойства биологической системы через функции ее отдельных элементов (пример).

2. Структурность. Возможность объяснения функций системы через ее структуру (пример).

3. Иерархичность, подчиненность элементов системы друг другу сверху вниз. Т.е. вышележащие компоненты системы управляют нижележащими (пример).

4. Взаимосвязь системы и Среды (пример).

Однако Берталанфи не выявил самого главного - системообразующего фактора. Поэтому основная роль в выявлении системных закономерностей, присущих живым организмам принадлежит академику П.К. Анохину. В физиологии давно существовало понятие физиологических систем. Это комплекс морфологически и функционально объединенных органов, имеющих общие механизмы регуляции и выполняющих однородные функции (пример). Однако П.К. Анохин установил, что в организме имеются и другие системы, Например обеспечивающие поддержание жизненно важных параметров организма. Он назвал их функциональными системами (ФУС). По П.К. Анохину ФУС это совокупность органов и тканей, которые обеспечивают достижение цели в определенном виде жизнедеятельности. Эта цель называется полезным приспособительным результатом (ППР). Им может быть какой- либо параметр внутренней среды, например температура тела, нормальное содержание кислорода в крови и т.д., результат поведения, удовлетворяющий биологическую, например пищевую потребность, результат социальной деятельности человека. Для врача важно понимание ФУС, обеспечивающих гомеостаз.

Именно ППР является тем фактором, который объединяет различные органы и системы организма в единое целое - ФУС. Объединение органов в ФУС происходит не по морфологическому, а по функциональному признаку. Поэтому в ФУС могут входить органы и ткани из самых различных физиологических систем. Причем одни и те же органы могут входить сразу в несколько ФУС. Кроме того, в отличие от физиологических систем, ФУС могут быть как наследуемыми, так и формироваться в процессе индивидуальной жизни. Общая схема ФУС для поддержания параметров гомеостаза включает следующие элементы:

1.ППР

2.Рецепторы ППР

3.Афферентный путь

4.Нервный центр

5.Вегетативная регуляция

6.Гуморальная регуляция

7. Поведенческая регуляция

8.Метаболизм (рис.)

Если под влиянием каких-либо причин ППР выходит за границы физиологической нормы, возбуждаются рецепторы ППР. Нервные импульсы от них поступают в нервный центр, регулирующий данную функцию. От него они идут к исполнительным органам, обеспечивающим поддержание соответствующего параметра гомеостаза. Одновременно запускаются гуморальные механизмы регуляции. Когда несмотря на это ППР не приходит к исходному уровню, нервные импульсы от нервного центра начинают поступать в кору больших полушарий. В результате возбуждения ее нейронов включается внешнее звено саморегуляции организма, т.е. поведенческая регуляция. Это целенаправленное изменение поведения живого существа. В результате этих регули­рующих воздействий ППР приходит к исходному уровню, т.е. физиологической норме. На ППР непосредственно влияет метаболизм. С другой стороны и сам ППР оказывает прямое воздействие на метаболические процессы. Примеры функционирования различных ФУС.

Принципы саморегуляции организма. Понятие о гомеостазе и гомеокинезе

Способность к саморегуляции - это основное свойство живых систем Оно необходимо для создания оптимальных условий взаимодействия всех элементов, составляющих организм, обеспечения его целостности. Выделяют четыре основных принципа саморегуляции:

1. Принцип неравновесности или градиента. Биологическая сущность жизни заключается в способности живых организмов поддерживать динамическое неравновесное состояние, относительно окружающей среды. Например, температура тела теплокровных выше или ниже окружающей среды. В клетке больше катионов калия, а вне ее натрия и т.д. Поддержание необходимого уровня асимметрии относительно среды обеспечивают процессы регуляции.

2.Принцип замкнутости контура регулирования. Каждая живая система не просто отвечает на раздражение, но и оценивает соответствие ответной реакции действующему раздражению. Т.е. чем сильнее раздражение, тем больше ответная реакция и наоборот. Эта саморегуляция осуществляется за счет обратных положительных и отрицательных обратных связей в нервной и гуморальной системах регуляции. Т.е. контур регуляции замкнут в кольцо. Пример такой связи - нейрон обратной афферентации в двигательных рефлекторных дугах.

3.Принцип прогнозирования. Биологические системы способны предвидеть результаты ответных реакций на основе прошлого опыта. Пример - избегание болевых раздражений после предыдущих.

4. Принцип целостности. Для нормального функционирования живой системы требуется ее структурная целостность.

Учение о гомеостазе было разработано К. Бернаром. В 1878 г. он сформулировал гипотезу об относительном постоянстве внутренней среды живых организмов. В 1929 г. В. Кэннон показал, что способность организма к поддержанию гомеостаза является следствием систем регуляции в организме. Он же предложил термин “гомеостаз”. Постоянство внутренней среды организма (крови, лимфы, тканевой жидкости, цитоплазмы) и устойчивость физиологических функций является результатом действия гомеостатических механизмов. При нарушении гомеостаза, например клеточного, происходит перерождение или гибель клеток. Клеточный, тканевой, органный и другие формы гомеостаза регулируются и координируются гуморальной, нервной регуляцией, а также уровнем метаболизма.

Параметры гомеостаза являются динамическими и в определенных пределах изменяются под влиянием факторов внешней среды (например, рН крови, содержание дыхательных газов и глюкозы в ней и т.д.). Это связано с тем, что живые системы не просто уравновешивают внешние воздействия, а активно противодействуют им. Способность поддерживать постоянство внутренней среды при изменениях внешней, главное свойство отличающее живые организмы от неживой природы. Поэтому они весьма независимы от внешней среды. Чем выше организация живого существа, тем более оно независимо внешней среды (пример).

Комплекс процессов, которые обеспечивают гомеостаз, называется гомеокинезом. Он осуществляется всеми тканями, органами и системами организма. Однако наибольшее значение имеют функциональные системы.

Возрастные особенности физиологических функций и нейрогуморальной регуляции

В процессе развития организма происходят как количественные, так и качественные изменения. Например, увеличивается количество многих клеток и их размеры. Одновременно, в результате усложнения структуры организма, появляются новые функции. Например, развивающийся мозг ребенка приобретает способ­ность к абстрактному мышлению.

В основе возрастных изменений функций систем организма лежат следующие явления:

1. Неравномерное или гетерохронное созревание органов и систем организма. 2.Этапные возрастные скачки.

3. Акселерация. Т.е. ускорение темпов биологического развития в определенный период.

Созревание отдельных органов и систем происходит не одновременно (гетерохронно). У новорождённого в первую очередь развиваются те физиологические и функциональные систе­мы, которые обеспечивают выживание организма в период перехода от внутриутробного к внеутробному существованию. На основе наблюдений за формированием функциональных систем в процессе онтогенеза, академик П.К. Анохин создал учение о системогенезе. Гетерохронность развития органов и систем можно проиллюстрировать на примере двигательного аппарата ребенка. Первоначально формируются рефлексы обеспечивающие держание головы, затем способность сидеть, затем стоять и, наконец ходить. Программа индивидуального развития выполняется за счет генетического аппарата. На определенных возрастных этапах происходит экспрессия, т.е. активация строго определенных генов. В ре­зультате ускоряется созревание той или иной системы, функции организма. Это проявляется возрастным скачком или критическим периодом. На­пример, скачкообразное изменение структуры и функции органов, систем наблюдается в период полового созревания.

Акселерация связана с воздействием среды и социальных факто­ров на организм. Она сопровождается 6ыстрым ростом скелета, мышц, внутренних органов, половым созреванием.

Формирование и развитие организма заканчивается примерно к 20 годам. Люди возрасте от 20 до 55-60 лет относят к зрелому возрасту, В этот период все функции организма полностью сформированы, функциональная активность органов и систем находится примерно на одном уровне. Для людей пожилого возраста 65-75 лет характерно возникновение инволюционных перестроек. Одним из основных признаков старения является снижение основного обмена, в результате чего нарушаются метаболические процессы в клетках. Основной обмен уменьшается в результате снижения количества митохондрий в клетках. Считают, что величина основного обмена один из важнейших факторов определяющих продолжительность жизни человека. После 75 лет наступает старость. Резко уменьшается активность всех физиологических процессов. В результате возникают многие старческие болезни, например атеросклероз.

Механизмы нейрогуморальной регуляции с возрастом также изменяются. У новорожденного имеется ограниченное количество сложных безусловных рефлексов, и нет условных. Одновременно клетки высоко чувствительны к гуморальным факторам. По мере роста совершенствуется рефлекторная деятельность ЦНС. В частности уже к году формируются очень сложные рефлексы, обеспечивающие речь. Од­новременно снижается первоначальная чувствительность клеток к гуморальным факторам, У зрелого человека имеются высокоорганизованные механизмы нейрогуморальной регуляции. В старческом возрасте скорость и выраженность рефлекторных реакций снижается. Ослабление нервных влияний на органы и ткани обусловлено деструктивными изменениями нервных окончаний и синапсов в ЦНС и на периферии. Одновременно, из-за изменений рецепторного аппарата клеток уменьшается их восприимчивость к ря­ду гуморальных факторов.

Для педиатрического факультета важно знание периодов детского возраста. Выделяют (по Аршавскому):

1. Период новорожденности 7- 8 дней.

2. Период грудного вскармливания - 5-6 мес.

3. Период смешанного питания с 6 по 12 мес.

4. Период ясельного возраста 1 год - 3 года

5. Период дошкольного возраста 3 - 7 лет.

6. Период младшего школьного возраста 7-12 лет

7. Период старшего школьного возраста 12-17 лет

8, Период юношеского возраста 17-20 лет

15. 16.

Мембранный потенциал регистрируется с помощью микроэлектродного метода. Для этого через мембрану, в цитоплазму клетки вводится тонкий, диаметром менее 1 мкМ стеклянный микроэлектрод. Он заполняется солевым раствором. Второй электрод помещается в жидкость, омывающую клетки. От электродов сигнал поступает на усилитель биопотенциалов, а от него на осциллограф и самописец (рис).

Дальнейшие исследования Ходжкина и Хаксли показали, что при возбуждении аксона кальмара возникает быстрое колебание мембранного потенциала, которое на экране осциллографа имело форму пика (spike). Они назвали это колебание потенциалом действия (ПД). Так как электрический ток для возбудимых мембран является адекватным раздражителем, ПД можно вызвать, поместив на наружную поверхность мембраны отрицательный электрод - катод, а внутреннюю положительный- анод. Это приведет к снижению величины заряда мембраны - ее деполяризации. При действии слабого допорогового тока происходит пассивная деполяризация, т.е. возникает катэлектротон (рис). Если силу тока увеличить до определенного предела, то в конце периода его воздействия на плато катэлектротона появится небольшой самопроизвольный подъём - местный или локальный ответ. Он является следствием открывания небольшой части натриевых каналов, находящихся под катодом. При токе пороговой силы МП снижается до критического уровня деполяризации (КУД), при котором начинается генерация потенциала действия. Он находится для нейронов примерно на уровне - 50 мВ.

На кривой потенциала действия выделяют следующие фазы:

1.Локальный ответ (местная деполяризация), предшествующий развитию ПД.

2.Фаза деполяризации. Во время этой фазы МП быстро уменьшается и достигает нулевого уровня. Уровень деполяризации растет выше 0. Поэтому мембрана приобретает противоположный заряд - внутри она становится положительной, а снаружи отрицательной. Явление смены заряда мембраны называется реверсией мембранного потенциала. Продолжительность этой фазы у нервных и мышечных клеток 1-2 мсек.

3.Фаза реполяризации. Она начинается при достижении определенного уровня МП (примерно +20 мВ). Мембранный потенциал начинает быстро возвращаться к потенциалу покоя. Длительность фазы 3-5 мсек.

4.Фаза следовой деполяризации или следового отрицательного потенциала. Период, когда возвращение МП к потенциалу покоя временно задерживается. Он длится 15-30 мсек.

5.Фаза следовой гиперполяризации или следового положительного потенциала. В эту фазу, МП на некоторое время становится выше исходного уровня ПП. Ее длительность 250-300 мсек.

Амплитуда потенциала действия скелетных мышц в среднем 120-130 мВ, нейронов 80-90 мВ, гладкомышечных клеток 40-50 мВ. При возбуждении нейронов ПД возникает в начальном сегменте аксона - аксонном холмике.

Возникновение ПД обусловлено изменением ионной проницаемости мембраны при возбуждении. В период локального ответа открываются медленные натриевые каналы, а быстрые остаются закрытыми, возникает временная самопроизвольная деполяризация. Когда МП достигает критического уровня, закрытые активационные ворота натриевых каналов открываются и ионы натрия лавинообразно устремляются в клетку, вызывая нарастающую деполяризацию. В эту фазу открываются и быстрые и медленные натриевые каналы. Т.е. натриевая проницаемость мембраны резко возрастает. Причем от чувствительности активационных зависит величина критического уровня деполяризации, чем она выше, тем ниже КУД и наоборот.

Когда величина деполяризация приближается к равновесному потенциалу для ионов натрия (+20 мВ). сила концентрационного градиента натрия значительно уменьшается. Одновременно начинается процесс инактивации быстрых натриевых каналов и снижения натриевой проводимости мембраны. Деполяризация прекращается. Резко усиливается выход ионов калия, т.е. калиевый выходящий ток. В некоторых клетках это происходит из-за активации специальных каналов калиевого выходящего тока. Этот ток, направленный из клетки, служит для быстрого смещения МП к уровню потенциала покоя. Т.е. начинается фаза реполяризации. Возрастание МП приводит к закрыванию и активационных ворот натриевых каналов, что еще больше снижает натриевую проницаемость мембраны и ускоряет реполяризацию.

Возникновение фазы следовой деполяризации объясняется тем, что небольшая часть медленных натриевых каналов остается открытой.

Следовая гиперполяризация связана с повышенной, после ПД, калиевой проводимостью мембраны и тем, что более активно работает натрий-калиевый насос, выносящий вошедшие в клетку во время ПД ионы натрия.

Изменяя проводимость быстрых натриевых и калиевых каналов можно влиять на генерацию ПД, а следовательно на возбуждение клеток. При полной блокаде натриевых каналов, например ядом рыбы тетродонта - тетродотоксином, клетка становится невозбудимой. Это используется в клинике. Такие местные анестетики, как новокаин, дикаин, лидокаин тормозят переход натриевых каналов нервных волокон в открытое состояние. Поэтому проведение нервных импульсов по чувствительным нервам прекращается, наступает обезболивание (анестезия) органа. При блокаде калиевых каналов затрудняется выход ионов калия из цитоплазмы на наружную поверхность мембраны, т.е. восстановление МП. Поэтому удлиняется фаза реполяризации. Этот эффект блокаторов калиевых каналов также используется в клинической практике. Например, один из них хинидин, удлиняя фазу реполяризации кардиомиоцитов, урежает сердечные сокращения и нормализует сердечный ритм.

Также следует отметить, что чем выше скорость распространения ПД по мембране клетки, ткани, тем выше ее проводимость.