Нейрогуморальная регуляция физиологических функций
Жизнедеятельность каждого организма должна находиться в строгом соответствии с условиями окружающей среды. Для этого каждое существо должно воспринимать сигналы внешней среды (свет, звук, температуру, давление и др.), усваивать, обрабатывать их и правильно на них реагировать. В этом случае весь организм должен выступать как единое целое, органы и системы органов которого работают согласованно, упорядоченно.
Такую согласованность, упорядоченность действий в организме человека выполняют два механизма: нервный и гуморальный. Их действием и влиянием на органы, системы органов осуществляется регуляция всех процессов жизнедеятельности организма, обеспечивается его целостность.
Нервная регуляция — регуляция жизнедеятельности организма с помощью нервной системы. Гуморальная регуляция осуществляется с помощью химических веществ через жидкие среды организма (кровь, лимфу, межклеточную жидкость).
Нервная и гуморальная регуляции функций организма взаимосвязаны. На функциональное состояние нервной системы оказывают влияние активные химические вещества, циркулирующие в крови, например гормоны (от греческого «гормао» — побуждать). Образование гормонов железами внутренней секреции и выделение их в кровь осуществляется под контролирующим влиянием нервной системы. В связи с этим следует рассматривать и говорить не о раздельном влиянии нервной системы и гуморальных факторов, а о едином механизме нейрогуморальной регуляции функций организма.
Важнейшее свойство организма — саморегуляция физиологических функций, которая автоматически поддерживает относительное постоянство внутренней среды организма — гомеостаз (от греческого «гомоис» — тот же самый и «стасис» — состояние), что является необходимым условием существования. Саморегуляция возможна потому, что имеются обратные связи между регулируемым процессом и регулирующей системой, когда информация о конечном результате поступает в центральную нервную систему.
Нервная система представляет собой совокупность структур, которые регулируют работу отдельных органов и систем, осуществляют взаимосвязь отдельных органов между собой и всего организма с внешней средой.
Структурной и функциональной единицей нервной системы является нервная клетка нейрон, диаметр которого составляет менее 0.1 мм. В нейроне различают три части: тело клетки, длинный отросток — аксон и сильно разветвленный — дендрит. Дендриты составляют часть нейрона, специализированную для приема сигналов, поступающих из внешней среды или от другой клетки.
Аксон приспособлен для проведения или передачи возбуждения от нервной клетки к другим нервным клеткам или к рабочим органам.
В функциональном отношении нейроны подразделяются на чувствительные, двигательные и вставочные.
Нейроны вместе с нейроглией (клеткой, заполняющей промежутки между нейронами) образуют нервную ткань.
Основные процессы, происходящие в нервной системе, — возбуждение и торможение. Нервная система отличается высокой возбудимостью и проводимостью, в основе ее регуляторной и координационной деятельности лежат рефлексы — ответы организма на раздражение. Путь, по которому проводятся нервные импульсы при осуществлении рефлексов, называют рефлекторной дугой.
Рефлекторная дуга
Рефлекторная дуга начинается рецептором и состоит из пяти частей: рецептора, чувствительного пути, участка центральной нервной системы, двигательного пути и рабочего органа.
От рецептора нервные импульсы по чувствительному пути передаются в центральную нервную систему. Этот путь образован чувствительным нейроном. От центральной нервной системы импульсы по двигательному пути идут к рабочему органу.
Основной принцип работы нервной системы рефлекторный.
Строение нервной системы
Единая нервная система для удобства изучения подразделяется на центральную(головной и спинной мозг) и периферическую (черепно - и спинномозговые нервы, их сплетения и узлы), а также соматическую и вегетативную (или автономную).
Соматическая нервная система осуществляет преимущественно связь организма с внешней средой: восприятие раздражений, регуляцию движений поперечнополосатой мускулатуры скелета и др.
Вегетативная — регулирует обмен веществ и работу внутренних органов: биение сердца, перистальтическое сокращение кишечника, секрецию различных желез и т. п. Обе они функционируют в тесном взаимодействии, однако вегетативная система обладает некоторой самостоятельностью (автономностью), управляя многими непроизвольными функциями.
Спинной мозг: слева — общий план строения;
справа — поперечные разрезы разных отделов
Спинной мозг находится в позвоночном канале и имеет вид белого тяжа, протянувшегося от затылочного отверстия до поясницы. На поперечном разрезе видно, что спинной мозг состоит из белого (снаружи) и серого (внутри) вещества. Серое вещество состоит из тел нервных клеток и имеет на поперечном слое форму бабочки, от расправленных «крыльев» которой отходят два передних и два задних рога. В передних рогах находятся центробежные нейроны, от которых отходят двигательные нервы. Задние рога включают нервные клетки (промежуточные нейроны), к которым подходят отростки чувствительных нейронов, лежащих в утолщениях задних корешков. Соединяясь между собой, передние и задние корешки образуют 31 пару смешанных (двигательных и чувствительных) спинномозговых нервов.
Каждая пара нервов иннервирует определенную группу мышц и соответствующий участок кожи.
Белое вещество образовано отростками нервных клеток (нервными волокнами), объединенными в проводящие пути, которые тянутся вдоль спинного мозга» соединяя как отдельные его сегменты друг с другом, так и спинной мозг с головным. Одни проводящие пути называются восходящими, или чувствительными, передающими возбуждение в головной мозг, другие — нисходящими, или двигательными, которые проводят импульсы от головного мозга к определенным сегментам спинного мозга.
Спинной мозг выполняет две функции: рефлекторную и проводниковую. Деятельность спинного мозга находится под контролем головного мозга.
Головной мозг расположен в мозговом отделе черепа. Средняя его масса 1300–1400 г. После рождения человека рост мозга продолжается до 20 лет. Состоит из пяти отделов; переднего (большие полушария), промежуточного, среднего, заднего и продолговатого мозга.
Полушария (наиболее новая в эволюционном отношении часть) достигают у человека высокого развития, составляя 80% массы мозга.
Филогенетически более древняя часть — ствол головного мозга. Ствол включает продолговатый мозг, мозговой (варолиев) мост, средний и промежуточный мозг. В белом веществе ствола залегают многочисленные ядра серого вещества. Ядра 12–ти пар черепно-мозговых нервов также лежат в стволе мозга. Стволовая часть мозга покрыта полушариями головного мозга.
Продолговатый мозг — продолжение спинного и повторяет его строение: на передней и задней поверхности здесь также залегают борозды. Он состоит из белого вещества (проводящих пучков), где рассеяны скопления серого вещества — ядра, от которых берут начало черепные нервы. Сверху и с боков почти весь продолговатый мозг покрыт большими полушариями и мозжечком. В сером веществе продолговатого мозга залегают жизненно важные центры, регулирующие сердечную деятельность, дыхание, глотание, осуществляющие защитные рефлексы (чихание, кашель, рвота, слезоотделение), секрецию слюны, желудочного и поджелудочного сока и др. Повреждение продолговатого мозга может быть причиной смерти вследствие прекращения сердечной деятельности и дыхания.
Задний мозг включает варолиев мост и мозжечок. В веществе варолиева моста находятся ядра тройничного, отводящего, лицевого и слухового нервов.
Мозжечок — его поверхность покрыта серым веществом, под ним находится белое вещество, в котором имеются ядра — скопления белого вещества. Основная функция мозжечка — координация движений, определяющая их четкость, плавность и сохранение равновесия тела, а также поддержание тонуса мышц. Контролирует деятельность мозжечка кора больших полушарий.
Средний мозг расположен впереди варолиева моста и представлен четверохолмием и ножками мозга. В ножках мозга продолжаются проводящие пути от продолговатого мозга и варолиева моста к большим полушариям.
Средний мозг играет важную роль в регуляции тонуса и в осуществлении рефлексов, благодаря которым возможны стояние и ходьба.
Промежуточный мозг занимает в стволе самое высокое положение. Состоит из зрительных бугров (таламус) и подбугровой области (гипоталамус). Зрительные бугры регулируют ритм корковой активности и участвуют в образовании условных рефлексов, эмоций и т. Д.
Подбугровая область связана со всеми отделами центральной нервной системы и с железами внутренней секреции. Она является регулятором обмена веществ и температуры тела, постоянства внутренней среды организма и функций пищеварительной, сердечнососудистой, мочеполовой систем, а также желез внутренней секреции.
Большие полушария головного мозга
Передний мозг у человека состоит из сильно развитых полушарий и соединяющей их средней части. Правое и левое полушария отделены друг от друга глубокой щелью, на дне которой лежит мозолистое тело. Поверхность больших полушарий образована серым веществом — корой, под которой находится белое вещество с подкорковыми ядрами. Общая поверхность коры больших полушарий составляет 2000–2500 см2, толщина ее 2,5–3 мм. В ней насчитывается от 12 до 18 млрд нейронов, расположенных шестью слоями. Больше 2/3 поверхности коры скрыто в глубоких бороздах между выпуклыми извилинами. Три главные борозды — центральная, боковая и теменно-затылочная — делят каждое полушарие на четыре доли: лобную, теменную, затылочную и височную.
Большие полушария головного мозга
Нижняя поверхность полушарий и стволовая часть мозга называется основанием мозга.
Чтобы понять, как функционирует кора больших полушарий головного мозга, нужно вспомнить, что в организме человека имеется большое количество разнообразных рецепторов, способных улавливать самые незначительные изменения во внешней и внутренней среде.
Рецепторы, расположенные в коже, реагируют на изменения во внешней среде. В мышцах и сухожилиях находятся рецепторы, сигнализирующие в мозг о степени натяжения мышц, движениях суставов. Имеются рецепторы, реагирующие на изменения химического и газового состава крови, осмотического давления, температуры и др. В рецепторе раздражение преобразуется в нервные импульсы. По чувствительным нервным путям импульсы проводятся к соответствующим чувствительным зонам коры головного мозга, где и формируется специфическое ощущение — зрительное, обонятельное и др.
Функциональную систему, состоящую из рецептора, чувствительного проводящего пути и зоны коры, куда проецируется данный вид чувствительности, назвал анализатором.
Анализ и синтез полученной информации осуществляется в строго определенном участке — зоне коры боль-
Важнейшие зоны коры — двигательная, чувствительная, зрительная, слуховая, обонятельная.
Двигательная зона расположена в передней центральной извилине впереди центральной борозды лобной доли, зона кожно-мышечной чувствительности — позади центральной борозды, в задней центральной извилине теменной доли. Зрительная зона сосредоточена в затылочной зоне, слуховая — в верхней височной извилине височной доли, обонятельная и вкусовая — в переднем отделе височной доли.
Деятельность анализаторов отражает в нашем сознании внешний материальный мир. Это дает возможность млекопитающим приспосабливаться к условиям путем изменения поведения. Человек, познавая природные явления, законы природы и создавая орудия труда, активно изменяет внешнюю среду, приспосабливая ее к своим потребностям.
Кора больших полушарий выполняет функцию высшего анализатора сигналов от всех рецепторов тела и синтеза ответных реакций в биологически целесообразный акт. Она является высшим органом координации рефлекторной деятельности и органом приобретения временных связей — условных рефлексов. Кора выполняет ассоциативную функцию и является материальной основой психологической деятельности человека — памяти, мышления, эмоций, речи и регуляции поведения.
Проводящие пути головного мозга связывают его части между собой, а также со спинным мозгом (восходящие и нисходящие нервные пути), так что вся центральная нервная система функционирует как единое целое.
Вегетативная нервная система
Центробежные нервные волокна делятся на соматические и вегетативные.
Соматические нервная система проводят импульсы к скелетным поперечнополосатым мышцам, вызывая их сокращение. Соматическая нервная система осуществляет связь организма с внешней средой: воспринимает раздражение, регулирует работу скелетных мышц и органов чувств, обеспечивает разнообразные движения в ответ на раздражения, воспринимаемые органами чувств.
Вегетативные нервные волокна являются центробежными и идут к внутренним органам и системам, ко всем тканям организма, образуя вегетативную нервную систему.
Функция вегетативной нервной системы заключается в регулировании физиологических процессов в организме, в обеспечении приспособления организма к меняющимся условиям среды. Центры вегетативной нервной системы расположены в среднем, продолговатом и спинном мозге, а периферическая часть состоит из нервных узлов и нервных волокон, иннервирующих рабочий орган.
Вегетативная нервная система состоит из двух частей: симпатической и парасимпатической.
Симпатическая часть вегетативной нервной системы связана со спинным мозгом, от 1-го грудного до 3-го поясничного позвонка.
Парасимпатическая часть залегает в среднем продолговатом отделе головного и крестцовом отделе спинного мозга.
Большинство внутренних органов получают двойную вегетативную иннервацию, так как к ним подходят как симпатические, так и парасимпатические нервные волокна, которые функционируют в тесном взаимодействии, оказывая на органы противоположный эффект. Если первые, например, усиливают какую-либо активность, то вторые ослабляют ее, что показано в таблице.
Орган | Действие симпатических нервов | Действие парасимпатических органов |
1 | 2 | 3 |
Сердце | Усиление и учащение сердечных сокращений | Ослабление и замедление сердечных сокращений |
Артерии | Сужение артерий и повышение кровяного давления | Расширение артерий и понижение кровяного давления |
Пищеварительный тракт | Замедление перистальтики, уменьшение активности | Ускорение перистальтики, повышение активности |
Мочевой пузырь | Расслабление пузыря | Сокращение пузыря |
Мускулатура бронхов | Расширение бронхов, облегчение дыхания | Сокращение бронхов |
Мышечные волокна радужной оболочки | Расширение зрачка | Сужение зрачка |
Мышцы, поднимающие волосы | Поднятие волос | Прилегание волос |
Потовые железы | Усиление секреции | Ослабление секреции |
Действие вегетативной нервной системы |
Симпатическая нервная система усиливает обмен веществ, повышает возбудимость большинства тканей, мобилизует силы организма на активную деятельность. Парасимпатическая нервная система способствует восстановлению израсходованных запасов энергии, регулирует жизнедеятельность организма во время сна.
Вся деятельность вегетативной (автономной) нервной системы регулируется подбугровой областью — гипоталамусом промежуточного мозга, связанного со всеми отделами центральной нервной системы и с железами внутренней секреции.
Гуморальная регуляция функций организма — древнейшая форма химического взаимодействия клеток организма, осуществляемая продуктами обмена веществ, которые разносятся кровью по всему телу и оказывают влияние на деятельность других клеток, тканей, органов.
Основными факторами гуморальной регуляции являются биологически активные вещества — гормоны, которые выделяются эндокринными железами (железами внутренней секреции), образующими в организме эндокринную систему. Эндокринная и нервная системы тесно взаимодействуют в регуляторной деятельности, отличаясь лишь тем, что эндокринная система контролирует процессы, протекающие сравнительно медленно и длительно. Нервная система управляет быстрыми реакциями, чья длительность может измеряться миллисекундами.
Гормоны вырабатываются особыми железами, богато снабженными кровеносными сосудами. Эти железы не имеют выводных протоков, и их гормоны поступают непосредственно в кровь, а затем разносятся по всему телу, осуществляя гуморальную регуляцию всех функций: они возбуждают или угнетают деятельность организма, влияют на его рост и развитие, изменяют интенсивность обмена веществ. В связи с отсутствием выводных протоков эти железы называются железами внутренней секреции, или эндокринными, в отличие от пищеварительных, потовых, сальных желез внешней секреции, имеющих выводные протоки.
К железам внутренней секреции относятся: гипофиз, щитовидная железа, околощитовидные железы, над почечники, эпифиз, островковая часть поджелудочной железы, внутрисекреторная часть половых желез.
Железы внутренней секреции
Гипофиз — нижний мозговой придаток, одна из центральных желез внутренней секреции. Гипофиз состоит из трех долей: передней, средней и задней, окруженных общей капсулой из соединительной ткани.
Один из гормонов передней доли оказывает влияние па рост. Избыток этого гормона в молодом возрасте сопровождается резким усилением роста — гигантизм, а при повышенной функции гипофиза у взрослого, когда рост тела прекращается, наступает усиленный рост коротких костей: предплюсны, плюсны, фаланг пальцев, а также мягких тканей (языка, носа). Такая болезнь называется акромегалией. Повышенная функция передней доли гипофиза приводит к карликовому росту. Гипофизарные карлики пропорционально сложены и нормально умственно развиты. В передней доле гипофиза образуются также гормоны, влияющие на обмен жиров, белков, углеводов. В задней доле гипофиза вырабатывается гормон, снижающий скорость образования мочи и изменяющий водный обмен в организме.
Щитовидная железа лежит поверх щитовидного хряща гортани, выделяет в кровь гормоны, в состав которых входит йод. Недостаточная функция щитовидной железы в детском возрасте задерживает рост, умственное и половое развитие, развивается болезнь кретинизм. В другие периоды это приводит к снижению обмена веществ, при этом нервная деятельность замедляется, развиваются отеки, проявляются признаки тяжелого заболевания, называемого микседемой. Избыточная деятельность щитовидной железы приводит к базедовой болезни. Щитовидная железа при этом увеличивается в объеме и выступает на шее в виде зоба.
Эпифиз (шишковидная железа) — мелких размеров, расположен в промежуточном мозге. Изучен еще недостаточно. Предполагается, что гормоны эпифиза тормозят выделение гормонов роста гипофизом. Ее гормон — мелатонин влияет на пигменты кожи.
Надпочечники — парные железы, расположенные у верхнего края почек. Их масса около 12 г каждая, вместе с почками они покрыты жировой капсулой. В них различают корковое, более светлое вещество, и мозговое, темное. Они вырабатывают несколько гормонов. В наружном (корковом) слое образуются гормоны — кортикостероиды, оказывающие влияние на солевой и углеводный обмен, способствующие отложению гликогена в клетках печени и поддерживающие постоянную концентрацию глюкозы в крови. При недостаточной функции коркового слоя развивается Аддисонова болезнь, сопровождающаяся мышечной слабостью, одышкой, потерей аппетита, уменьшением концентрации в крови сахара, понижением температуры тела. Характерный признак такого заболевания — бронзовый оттенок кожи.
В мозговом слое надпочечников вырабатывается гормон — адреналин. Его действие многообразно: он увеличивает частоту и силу сердечных сокращений, повышает кровяное давление, усиливает обмен веществ, особенно углеводов, ускоряет превращение гликогена печени и работающих мышц в глюкозу, в результате чего работоспособность мыши восстанавливается.
Поджелудочная железа функционирует как смешанная железа. Вырабатываемый ею поджелудочный сок по выводным протокам попадает в двенадцатиперстную кишку и принимает участие в процессе расщепления питательных веществ. Это внешнесекреторная функция. Внутрисекреторную функцию выполняют особые клетки (островки Лангерганса), не имеющие выводных протоков и выделяющие гормоны прямо в кровь. Один из них — инсулин — превращает избыток глюкозы в крови в животный крахмал гликоген и понижает уровень сахара в крови. Другой гормон — глюкоген — действует на углеводный обмен противоположно инсулину. При его действии происходит процесс превращения гликогена в глюкозу. Нарушение процесса образования инсулина в поджелудочной железе вызывает болезнь — сахарный диабет.
Половые железы являются также смешанными железами, образующими половые гормоны.
В мужских половых железах — семенниках — развиваются мужские половые клетки — сперматозоиды и вырабатываются мужские половые гормоны (андрогены, тестостерон). В женских половых железах — яичниках — содержатся яйцеклетки, вырабатывающие гормоны (эстрогены).
Под действием гормонов, выделяемых в кровь семенниками, происходит развитие вторичных половых признаков, характерных для мужского организма (волосяной покров на лице — борода, усы, развитый скелет и мускулатура, низкий голос).
Гормоны, образующиеся в яичниках, влияют на формирование вторичных половых признаков, характерных для женского организма (отсутствие волосяного покрова на лице, более тонкие, чем у мужчины, кости, отложение жира под кожей, развитые молочные железы, высокий голос).
Деятельность всех желез внутренней секреции взаимосвязана: гормоны передней доли гипофиза способствуют развитию коркового вещества надпочечников, усиливают секрецию инсулина, влияют на поступление в кровь тироксина и на функцию половых желез.
Работу всех желез внутренней секреции регулирует центральная нервная система, в которой находится ряд центров, связанных с функцией желез. В свою очередь гормоны влияют на деятельность нервной системы. Нарушение взаимодействия этих двух систем сопровождается серьезными расстройствами функций органов и организма в целом.
Следовательно, взаимодействие нервной и гуморальной системы следует рассматривать как единый механизм нейрогуморальной регуляции функций, обеспечивающей целостность человеческого организма.
