Лекция № 5 Характеристика нервной системы
1. Длинное “детство” нервной системы.
2. Элементы физиологии возбудимых тканей.
3. Синапс - нервно-мышечное соединение.
4. Высшая нервная деятельность.
1. Длинное “детство” нервной системы.
Индивидуальное развитие организма после его рождения зависит и определяется нервной системой. Организм после рождения развивается, во-первых, в соответствии заложенной наследственной программой и, во-вторых, в зависимости от конкретных условий внешней среды.
Становление Человека как личности - это результат развития и созревания мозга. Именно мозг позволяет организму не только адаптироваться к факторам окружающей среды, но и активно взаимодействовать с этими факторами окружающей среды.
Детство человека - самое продолжительное во всем животном мире. Ни одно другое живое существо не рождается таким беспомощным, не рождается таким зависимым от матери, как новорожденный человек. Но в тоже время ни одно животное, кроме человека, за период взросления не способно получить такую полную информацию об окружающей среде. Это длинное детство позволяет ему не только оптимально приспособиться к существованию в окружающей среде, но и дает возможность изменить природу по собственному усмотрению.
С помощью нервной системы человек за период детства осваивает огромный объем навыков, овладевает способностью учиться, общаться с другими людьми, учится владеть собственным телом и т.д.
Длинное человеческое детство, даже заметно замедленное развитие по сравнению с обезьяной - это одна из глубоких закономерностей эволюции. В чем суть этого процесса? Внутриутробный ( до рождения) период необходим организму для формирования устойчивых к действию внешних факторов среды способов реагирования. Родившийся “взрослым” муравей все “умеет” от рождения, но не имея детства, не способен больше ничему научиться. Его возможности приспособления, адаптации, крайне ограничены. Человек же, наоборот, сразу после рождения имеет в запасе минимум незыблемых, независимых от внешних факторов воздействия способов реагирования. Условную (приобретенную) систему реагирования он создает уже потом, после рождения, на основе конкретных факторов среды. И чем большее число подвижных, гибких способов реагирования ребенок способен образовывать, тем большей свободой выбора реагирования он располагает в жизни. Эти закономерности определяются прежде всего уровнем развития нервной системы.
1.1 Как устроен мозг?
Нет ни одного проявления жизнедеятельности, где бы мозг (нервная система) не участвовал бы. Мозг ответственен за первый крик новорожденного и за стон умирающего, за взмах топора и за быстрый бег пальцев пианиста, за замирание сердца влюбленных и за слезы горя, за трусость и за ненависть, за мудрость и за глупость, за многие болезни и за выздоровление от многих болезней.
Так как же устроен мозг?
Нервная система иннервирует (т.е. снабжает собой) весь организм, все его отделы. Каждый участок тела снабжен нервными окончаниями, в этом можно легко убедиться, уколов себя иголкой в любой часто тела.
В основе организации деятельности нервной системы лежит рефлекторный принцип [ т.е. принцип отражательный]. Осуществление любого рефлекса требует обязательного выполнения 4х основных операций:
1) прием информации от рецептора;
2) расшифровка информации и программирование адекватного ответа;
3) реализация ответа путем передачи сигнала к исполнительным органам (мышцам, железам);
4) контроль за правильностью осуществления программы. Последний этап замыкает круг непрерывной циркуляции нервных сигналов, формируя рефлекторное кольцо. При это, ответная реакция, ее адекватность воздействию и соответствие “замыслу” организма, определяется сохранностью и полноценностью “работы” рецепторного звена. Этапы 1) и 2) зависят от сохранности исполнительных органов (сердце, мышцы и т.д.). Человек имеет множество рецепторов из них, как правило, по 2-3 информационных дублера. Например, положение тела в пространстве контролируется тремя рецепторными структурами: зрением, вестибулярным аппаратом внутреннего уха и рецепторами [проприорецепторами] в мышцах и сухожилиях.
При сочетанных нарушениях всех 3х рецепторных структур ходьба нарушается. Почему это происходит? Для полноценной регуляции нервная система должна иметь полную информацию о внешнем мире, поэтому она состоит из 2х важнейших образований: центральной нервной системы (головной и спинной мозг) и вегетативной нервной системой (периферической) - связывающей центральную нервную систему с рецепторами и с исполнительными органами. Сложность всего, что создал и осмыслил человек, несравнима со сложностью самого человека. Как сказал Б. Хогленд : “Понимание атома- детская игра, по сравнению с пониманием детской игры”. В человеческом мозге приблизительно совершается 1014 элементарных операций в течение одной секунды. Рабочей единицей мозга является нервная клетка, а нервных клеток у человека более 10 миллиардов.
Нервная клетка (нейрон) специально приспособлена для связи с другими нервными клетками, для приема информации, ее переработки и передачи по эстафете. Межклеточные контакты во всех органах и тканях - это необходимая закономерность. Даже такие автономные элементы, как клетки крови, обнаруживают тенденцию к слиянию между собой (агрегация). Но только в нервной системе клеточные контакты строго специализированы для передачи нервного импульса, а передача эта осуществляется специализированными отростками.
Прием информации осуществляется множеством древообразных разветвленных, сравнительно коротких отростков - дендритов (dendro - дерево). У каждого нейрона может быть 1500 дендритов. А вот распространение переработанной информации от нейрона обеспечивает всего один-единственный отросток - аксон. Длина его может достигать нескольких десятков сантиметров. У нейрона 1500 входов и 1 выход.
Аксон одного нейрона заканчивается контактом с дендритами другого. Сам контакт называется синапсом. По сути дела, прямого контакта не образуется: между аксоном и дендритом остается очень тонкий зазор - здесь происходит химическая или электрическая передача сигнала, причем только в одну сторону, возможный возврат сигнала от дендрита к аксону синапсом блокируется.
Сигнал, или нервный импульс, имеет электрическую природу, он распространяется по поверхности аксона и по поверхности дендритов.
Таким образом, исходя из вышесказанного, можно кратко охарактеризовать свойства нервной клетки.
1) Основное свойство нервной клетки - организация связей, и это осуществляется при помощи отростков. Наличие отростков, существенный морфологический критерий, позволяющий отличить нервную клетку от других клеток организма.
2) Аксоны - это отростки, которые отводят нервные импульсы до рабочего органа.
3) Дендриты - по ним поступают импульсы от других клеток.
4) Дендритов несколько, аксон один.
5) Дендрит намного короче аксона (Дендрит - 1,5-2 мм; аксон -1м и более).
6) Дендриты плавно отходят и истончаются, аксон резко отходит от тела нейрона, имеет постоянный диаметр.
7) Дендриты ветвятся под острым углом и направлены от клетки, аксоны ветвятся под прямым углом, ориентация коллатералей не связана с положением тела нейрона.
8) Рисунок ветвления дендрита одного типа более постоянен, чем разветвления другого.
9) Дендриты имеют шипики, аксоны нет.
10) Дендриты не имеют мякотной оболочки.
11) Дендриты имеют зернистость.
Хорошо известно, как сильно мозговые клетки реагируют на незначительные изменения их кровоснабжения. При нейрональной изоляции кровоснабжение сохраняется, но нарушаются нервные связи. Но и в этом случае не все так просто, возникает опять 2 вопроса: нервная клетка “не хочет?” работать или “не может?”. После очень долгих поисков удалось доказать, что нейрональная изоляция ведет к тому, что благодаря сохранившемуся кровообращению активность нервных клеток сохраняется (в одной черепной коробке 2 мозга, соединенные единой кровеносной системой), и даже более того, она становится более возбудимой и нередко является источником эпилептических разрядов для всего мозга.
1.2 Глия, скрывающая тайны мозга.
Глиальными называются клетки мозга, которые мельче нейронов и в отличие от них имеют длинные отростки (аксоны), не обладают спайковой электрической активностью, но могут размножаться.
Нейрон с глией, как Робинзон с Пятницей, но надо помнить, что на одного Робинзона (нейрона) в мозгу приходится 10 Пятниц (глиальных клеток).
Глия играет важную роль в процессах обучения, памяти и сна.
Оказалось, что глиальные клетки, которые считали электрически невозбудимыми, более интенсивно реагируют на магнитное поле, по сравнению с нейронами.
Это какая-то специфическая реакция ЭМП.
скорость распространения нервного импульса зависит от типа нейрона. Природа чрезвычайно экономна. При относительно небольших размерах тела человека (1,5-2 м) скорость нервных импульсов приблизительно равна 50 - 150 м/с может быть вполне приемлемой. Кроме того, и способ распространения нервного импульса весьма экономичен. Он связан с так называемыми местными токами, источниками этих токов являются ионы Na+, K+, Ca++. При прохождении этих ионов через мембрану аксона происходит возникновение разности потенциалов между внутренней средой аксона и внешней средой . “Вспыхнувшая” разность потенциалов возбуждает соседний кольцевой участок аксона, в нем также возникают ионы, устанавливается разность потенциалов, которая возбуждает следующий участок, и так все дальше до синапса. Учитывая, что весь путь до синапса импульс пробегает за сотую долю секунды, легко представить себе, с какой скоростью протекают все только что перечисленные процессы.
Тело нервной клетки, аксона и дендритов покрыто своеобразной оболочкой -мембраной. Мембрана имеет сложное строение. Она имеет мембранные рецепторы (чувствительные молекулы), обладающие высокой способностью к образованию комплексных соединений с различными биохимическими веществами.
Характеристика мембранных рецепторов:
1) специфичны к вирусам, к токсинам;
2) рецепторы синапса соединяются функционально с химическими посредниками ( на уровне синапса).
Микроскопическая техника позволила увидеть сложное производство нейрона, сравнивая его и с кирпичным заводом, и с химическим заводом и почтой по доставке вестей от синапса к телу клетки и обратно, и с “машиной-мусоропроводом”, которая ползет вдоль мембраны и собирает обломки, которые вновь используют для сборки новых жизненно важных молекул.
Аксональный транспорт - нервная клетка имеет один единственный аксон. длина аксона различна: она может быть на периферии и длиной 1 м., но диаметр тела нейрона составляет лишь доли миллиметра. Но аксон должен быть живым, поэтому ядро нейрона, где находятся основные “строительные заводы” определяет жизнь аксона. Скелет аксона (состоит из множества тончайших ниточек, трубочек, цистерн) вдоль всего аксона идет от ядра клетки до синапса. Но скорость аксонального транспорта около 2х миллиметров в сутки, но он непрерывно работает. Как невидимые спицы вяжут чулок, так внешне неизменный аксон постоянно растет внутри себя. Аксон постоянно самообновляется, самоомолаживается, защищая себя от старения. Есть медленный аксональный транспорт, но есть и более быстрый, примерно 200-400 мм в сутки, а иногда 2000-2500 мм в сутки. С такой скоростью по аксону химические молекулы осуществляют межклеточный обмен информацией. Самый быстрый аксональный транспорт в миллионы раз медленнее скорости прохождения нервного импульса.
Зачем нервной клетке сверхмедленные процессы?
1) Перегрузка или разрыв нерва - регенерация через медленный аксональный транспорт (нейрон “растет внутри себя”). Стабильность, устойчивость к внешним воздействиям нервной системы достигается через медленные процессы, а лабильность, изменчивость через скоростные реакции.
Химия мозга
С открытием нейропептидов, которыми оказались наиболее многочисленные клетки биологически активных веществ, стало ясно, что в мозге, в нервной системе хорошо и сложно взаимодействуют оба типа химической передачи: по анатомическому или по химическому типу (или адресу).
Ф.О.Шмитт, ученый из Массачусетского технологического института склонен выделять в мозге две параллельные системы, которые обеспечивают межклеточную сигнализацию и взаимодействие нейронов. По мнению Шмитта Ф.О., наряду с классической нервной системой, которая описывается в понятиях традиционной нейроанатомии и нейрофизиологии, и действует через классические синаптические контакты существует “синаптическая нервная система” существует вторая нервная система, которую он назвал “парасимпатическая нервная система”. В парасимпатической нервной системе “информационные субстанции” достигают рецепторные клетки-мишени главным образом благодаря диффузии от места освобождения через экстракты. Это главным образом пептиды. Шмитт говорит о пептидергических нервных кругах, которые существуют как бы параллельно с нервными кругами, образованными классическими моноаминовыми, холинергическими, глутаматергическими нейронами, в одних и тех же волокнистых системах.
Функциональное значение таких двойных систем регуляции нейронов пока еще не раскрыта, одно только понятно, что передача информации, согласованность биохимических и физиологических процессов в организме обеспечивается на основе взаимодействия самых различных групп информационных субстанций.
Наиболее удачной представляется классификация информационных субстанций, предложенная И.П. Ашнариным (МГУ). Он ввел в классификацию новое понятие - регуляторный пептид - это понятие близко к нейропептиду, но шире последнего, т.к. могут вырабатываться не нейронами.
Ашмарин И.П. выделяет 4 типа информонов:
1) непептидные нейромедиаторы - аминокислотные, ацетилхолин и моноамины (перенос информации в пределах синапса);
2) регуляторные пептиды (содержащие до 50 аминокислот) и нейропептиды (и в синапсе, и в межклеточных контактах и дистантные регуляторы);
3) пептидные гистогармоны (через межклеточные контакты) и простагландины, лейкотриены, тромбоксаны;
4) стероиды, белковые гормоны, Т3, Т4 (более 50 аминокислотных остатков).