Средний мозг: четверохолмие, центральное серое вещество (ЦСВ), красное ядро, черная субстанция, покрышка
Красное ядро и черная субстанция – двигательные центры; покрышка (вентральные ядра) содержит DA-нейроны, аксоны – к коре и прилежащему ядру (один из важнейших центров положит. эмоций).
Чёрная субстанция. Медиальная «компактная» частьl, DA-нейроны, аксоны идут в базаль-ные ганглии (полосатое тело = скорлупа, хвостатое ядро); общий уровень двигат. активности и положит. эмоции, связанные с движениями. Латеральная «ретикулярная» часть l, ГАМК-нейроны, контролирующие движения глаз (торможение «несанкционированных» реакций).
Красное ядро. Передняя мелкоклеточная часть: вместе с нижней оливой передает сигналы от коры больших полушарий к мозжечку и участвует в двигательном обучении.
Задняя (крупноклеточная) часть эволюционно более древняя, содержит Glu-нейроны; аксоны идут в спинной мозг (руброспинальный тракт; поддержание тонуса мышц, ряд сгибательных рефлексов и сгибание конечностей при локомоции).
Билет №9
1) 9-1. Половые железы; половые гормоны и их эффекты (в т.ч. действие на нервную
систему). ЦНС и управление работой половых желез.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Половые железы (гонады) являются железами смешанной
(т. е. и внешней, и внутренней) секреции. Половые железы
женщины — яичники выделяют во внешнюю среду
яйцеклетки, а во внутреннюю — гормоны (эстрогены и прогестины).
Половые железы мужчины — семенники выделяют во
внешнюю среду сперматозоиды, а во внутреннюю — гормоны (анд-
рогены). Все эти гормоны имеют стероидную природу и
обладают ядерной рецепцией. Образование и секреция этих гормонов регулируются гона-
дотропинами аденогипофиза (ФСГ и ЛГ), которые, в свою
очередь, находятся под контролем гипоталамического рили-
зинг-фактора люлиберина.
Половые гормоны обладают широким спектром
биологических эффектов, оказывая на организм и регулирующие, и
программирующие, и пермиссивные воздействия.
Семенники — парные органы, расположенные у человека
не в полости тела, а в мошонке (рис. 5.12). Вынос семенников
за пределы полости тела связан с тем, что для нормального со-
созревания сперматозоидов необходима температура не выше
35 °С, т. е. на 2 °С ниже температуры тела. Развиваясь в
брюшной полости, семенники спускаются в мошонку на по-
поздних стадиях созревания плода под влиянием гормона,
вырабатываемого плацентой. Каждый семенник состоит из множества извитых семен-
семенных канальцев, в которых после наступления половой зрелос-
зрелости под действием ФСГ происходит созревание сперматозо-
сперматозоидов, причем у многих видов животных этот процесс имеет се-
сезонный характер, а у других видов, в том числе и человека, происходит постоянно. Между семенными канальцами распо-
расположены клетки Лейдига, которые являются основным местом
секреции мужских половых гормонов — тестостерона и ди-
гидротестостерона — под действием лютеинизирующего гор-
гормона (ЛГ). Семенники функционируют в течение всей жизни
мужчины, и, хотя с возрастом секреция андрогенов несколько
снижается, образование полноценных сперматозоидов про-
продолжается до глубокой старости. В крови 98% мужских половых гормонов связывается с особыми белками и только 2% может быстро связываться с
клетками-мишенями. Оба мужских половых гормона стимулируют образование
сперматозоидов (сперматогенез) и секрецию компонентов
спермы, обеспечивающих их жизнеспособность. Кроме того,
они по принципу отрицательной обратной связи тормозят сек-
секрецию ФСГ и ЛГ клетками аденогипофиза. Так как секреция люлиберина нейронамигипоталамуса у мужчин происходит импульсно и обычно ночью и рано утром,
то и выброс ФСГ и ЛГ из гипоталамуса также подчиняется
этому ритму, а следовательно, существуют суточные колеба-
колебания уровня тестостерона, коррелирующие с содержанием ЛГ
в крови. В специальных опытах на мужчинах, у которых ис-
искусственно изменяли цикл сон—бодрствование, было показа-
показано, что секреция ЛГ и уровень тестостерона зависят именно от
режима сна, а не от периода суток.. Секреция всех
необходимых компонентов семенной жидкости железами, рас-
расположенными вдоль семенных протоков, стимулируется поло-
половыми гормонами, главным образом дигидротестостероном.
Программирующее воздействие мужских половых гормо-
гормонов чрезвычайно важно во время всего эмбрионального пери-
периода созревания организма мальчика. Эти гормоны индуцируют
развитие полового члена, семявыносящего протока, семенных
пузырьков, простаты, а впоследствии вторичных половых признаков: оволосения лица, низкого голоса и т. д.
Мужские половые гормоны, помимо признаков, связан-
связанных с мужским полом, выполняют роль белковых анаболи-
анаболиков, стимулируя синтез белка, в частности мышечных белков,
а также ускоряя рост костей. Именно поэтому мужчины, как
правило, выше женщин, и масса мышц у них больше.
Андрогены играют чрезвычайно важную роль в формиро-
формировании и поддержании полового влечения, а также в обеспече-
обеспечении полового поведения. С током крови половые гормоны,
главным образом тестостерон, попадают в структуры головно-
головного мозга и взаимодействуют с нейронами гипоталамуса, лим-
бической системы и многих других отделов. Циркуляция анд-
андрогенов в крови необходима не только для поддержания либи-
либидо, но и является фактором, приводящим к повышенной
агрессивности. Для поддержания нормального полового пове-
поведения мужчины или самцов других видов млекопитающих
нужны очень малые количества тестостерона в крови; если же
уровень тестостерона увеличивается, то на поведение это
влияет мало, т. е. соблюдается правило «все или ничего». У человека встречается целый ряд патологий, связанных с
нарушением функционирования системы гипоталамус (люли-
берин) — аденогипофиз (ФСГ и ЛГ) — семенники (тестосте-
(тестостерон, дигидротестостерон). Гиперфункция семенников, или ги-
пергонадизм, встречается редко. Гораздо чаще, чем гипергонадизм, встречается патологиче-
патологическое состояние, обусловленное недостатком образования муж-
мужских половых гормонов и сперматозоидов, т. е. гипогонадизм.
Многообразие и сложность физиологических процессов,
обеспечивающих репродуктивную функцию у млекопитаю-
млекопитающих (и, в частности, у человека), требует совершенной систе-
системы регуляции, в том числе и гормональной. Подсчитано, что в
управлении половым циклом женщины прямо или опосредо-
опосредованно задействовано не менее десяти гормональных факторов.
У самок млекопитающих можно выделить ряд последователь-
последовательных процессов, обеспечивающих размножение: половое созре-
созревание, гаметогенез (созревание яйцеклеток), оплодотворение
яйцеклеток, развитие зародыша в матке, роды.
Женские половые железы называются яичниками.
Они располагаются в брюшной полости (рис. 5.13). Их внешнесек-
реторная функция заключается в формировании женских га-
гамет — яйцеклеток. Первичные половые клетки возникают еще
на первых неделях эмбриогенеза в огромных количествах —
около 7 млн штук. Эти клетки называются оогониями. Часть
оогониев превращается в ооциты, которые покрываются од-
одним слоем эпителиальных клеток, и образуется фолликул.
Фолликул созревает: эпителиальные клетки разрастаются,
формируя многослойный эпителий, затем у фолликула появ-
появляется внешняя оболочка. Примерно к 17—20 неделе внутри-
внутриутробного развития девочки формируется структура яични-
яичников, причем корковое вещество яичников состоит из фолликулов на разных стадиях их созревания. К моменту рождения в
яичниках девочки имеется около одного миллиона
фолликулов, но часть из них разрушается, и к моменту появления мен-
менструаций в яичниках остается около 400 000 фолликулов. За
весь репродуктивный период жизни женщины образуется всего
200—400 зрелых яйцеклеток, способных к оплодотворению.
В течение каждого цикла идет одновременное созревание
многих фолликулов, но только один из них доходит до
конечной стадии и превращается в граафов пузырек — зрелый
фолликул, представляющий собой пузырек, окруженный
оболочкой и заполненный жидкостью, в которой находится яйце-
яйцеклетка. По мере созревания фолликулов происходит их разрыв
(овуляция), и яйцеклетка, выйдя из граафова пузырька, захва-
захватывается яйцеводами (фаллопиевыми трубами), по которым
продвигается в матку. Если в яйцеводе ядро яйцеклетки слива-
сливается с ядром сперматозоида (оплодотворение), то начинается
процесс развития зародыша, происходящий затем в матке.
Как правило, из тысяч ооцитов в каждом менструальном
цикле образуется только один граафов пузырек, но в одном
цикле из двухсот (приблизительно) по неясным причинам одно-
одновременно овулируют две яйцеклетки, что в случае оплодотворе-
оплодотворения приводит к образованию двух разнояйцовых близнецов.
Процесс оогенеза — превращения оогония в ооцит, форми-
формирование фолликула и — через ряд стадий — образование гра-
граафова пузырька с яйцеклеткой стимулируется фолликулости-
мулирующим гормоном гипофиза (ФСГ), который секретиру-
ется под воздействием люлиберина гипоталамуса.
Оболочка фолликула состоит из нескольких слоев клеток,
причем внутренний из них и является местом, где секретиру-
ются эстрогены, главный из которых — эстрадиол. По мере
созревания фолликула концентрация эстрадиола в крови воз-
возрастает и непосредственно перед овуляцией достигает такого
уровня, который повышает выброс ФСГ и ЛГ. Именно под
влиянием лютеинизирующего гормона гипофиза (ЛГ) проис-
происходит овуляция. На месте лопнувшего граафова пузырька
после овуляции начинается образование желтого тела, клетки
которого секретируют другой женский половой гормон — про-
прогестерон. Этот процесс также стимулируется Л Г. Прогестерон
обеспечивает подготовку организма женщины к беременнос-
беременности. Во-первых, он тормозит секрецию ФСГ и Л Г для того,
чтобы препятствовать созреванию следующего фолликула.
Во-вторых, под влиянием прогестерона происходят измене- ния во внутреннем, железистом слое матки для того, чтобы
матка могла принять оплодотворенную яйцеклетку. Но если
оплодотворения все-таки не произошло, то желтое тело дегене-
дегенерирует, секреция прогестерона резко снижается, а увеличен-
увеличенный внутренний слой матки в отсутствии большого количества
эстрогена и прогестерона разрушается и частично отторгается.
Происходит менструация.
Кроме контроля за менструальным циклом и родами, жен-
женские половые гормоны ответственны за развитие вторичных по-
половых признаков, формирование скелета и обмена веществ по
женскому типу. Эстрогены обладают также анаболическими эф-
эффектами, хотя и менее выраженными, чем у андрогенов. Они
усиливают созревание костной ткани, с чем связано прекраще-
прекращение роста в период полового созревания. Эстрогены снижают
уровень холестерина в крови, способствуют свертыванию крови.
Эндокринная регуляция половых функций у женщин мно-
многоступенчата и сложна, поэтому описано множество заболева-
заболеваний, связанных с нарушениями деятельности того или иного
ее звена. Основным симптомом снижения функционирования
системы гипоталамус — аденогипофиз — яичники является
аменорея — прекращение менструаций. Возможность наступления беременности обеспечивается
целым рядом гормонов, начиная от воздействия эстрогенов на
слизистую оболочку шейки матки, в результате чего в матку и
далее могут проникнуть лишь самые жизнеспособные сперма-
сперматозоиды, и кончая описанными выше изменениями в
эндометрии матки, позволяющими эмбриону нормально развиваться Прогестерон и эстрадиол усиливают сокращения
яйцеводов, способствуя продвижению оплодотворенной яйцеклетки в
матку. Эстрогены, прогестин, тироксин и релаксин
необходимы для того, чтобы развивающийся зародыш мог внедриться
(имплантироваться) в эндометрий матки и образовать
плаценту, через которую осуществляется связь зародыша с материн-
материнским организмом. Одна из оболочек образующейся плаценты
уже через день после имплантации зародыша начинает секре-
тировать хорионический гонадотропин (ХГТ), гормон, отчасти
сходный по строению с ЛГ. Функция ХГТ — стимуляция выделения прогестерона желтым телом, для того чтобы не произо-
произошло отторжения эндометрия, а вместе с ним и самого зароды-
зародыша. Второй гормон плаценты — плацентарный лактоген. Так
как в период беременности секреция ФСГ и ЛГ гипофизом мате-
матери снижена, то гормоны плаценты — ХГТ и плацентарный лак-
лактоген — принимают на себя роль этих гормонов.
Для организма матери беременность осложняется тем, что
в матке развивается «чужеродный организм», обладающий
целым рядом генетических компонентов отца. Одним из
факторов, смягчающих иммунную реакцию организма матери,
является плацентарный лактоген, способствующий, таким об-
образом, нормальному продолжению беременности. У человека
к началу второй трети беременности плацента секретирует
весь набор половых гормонов в таких соотношениях, которые
обеспечивают протекание беременности, но к концу беремен-
беременности секреция прогестерона, подавляющего сокращения мы-
мышечного слоя матки — миометрия, снижается. Сильно
утолщенный миометрий начинает регулярно сокращаться,
готовясь к процессу родов.
Беременность у женщины продолжается 280 дней, или
40 недель. При достижении плодом определенных размеров,
уже несовместимых с существованием в утробе матери, возни-
возникает «фетальный стресс». Пусковым фактором, вызывающим
начало родов, является, по-видимому, формирование актив-
активности системы гипоталамус — гипофиз у плода. Аденогипо-
физ плода начинает выделять АКТГ, что приводит к секреции
гидрокортизона корой надпочечников. С током крови гидро-
гидрокортизон попадает в плаценту, снижая в ней секрецию прогес-
прогестерона и стимулируя выброс эстрогенов, которые, в свою оче-
очередь, повышают чувствительность миометрия матки к оксито-
цину. Сокращения матки под действием окситоцина смещают
плод к шейке матки, а давление на шейку матки запускает
рефлекторный выброс окситоцина из нейрогипофиза матери(рефлекс Фергюссена). Таким образом, запускается механизм
положительной обратной связи. Под действием релаксина
расслабляются связки таза, раскрывается шейка матки, и ре-
регулярный выброс порций окситоцина вызывает новые сокра-
сокращения миометрия, в результате происходит полное изгнание
плода, а затем и плаценты. После этого рефлекс Фергюссена
прерывается, и матка постепенно возвращается в состояние
относительного покоя.
В течение беременности целый ряд гормонов (прогестерон,
эстроген, пролактин, глюкокортикоиды, тироксин, инсулин)
стимулирует развитие молочных желез. После выхода
плаценты, клетки которой секретировали прогестерон и
эстрогены, уровень этих гормонов в материнской крови резко падает,
а уровень пролактина остается высоким, и теперь, после пре-
прекращения подавляющего действия эстрогенов, начинается
выработка молока в молочных железах. Этот процесс называ-
называется лактацией.
Период лактации сопровождается постоянным высвобождением пролактина, что по принципу отрицательной обратной
связи приводит к усилению секреции дофамина, играющего
роль пролактостатина. Но дофамин, выделяясь из клеток ги-
гипоталамуса, тормозит секрецию люлиберина, что, в свою
очередь, снижает секрецию ФСГ и ЛГ клетками аденогипофиза.
Из-за снижения уровня и нарушения ритмичности выделения
ФСГ тормозится созревание фолликулов и отсутствует менст-
менструальный цикл. Таким образом, вероятность беременности в
период лактации несколько снижена, но все же возможна.
2) 9-2. Синтез глутаминовой кислоты (ГлК) в нервных клетках. Разнообразие рецепторов к
ГлК; NMDA-рецепторы. Примеры и значение агонистов и антагонистов ГлК.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Медиаторы-аминокислоты являются главными медиаторами ЦНС Глутаминовая кислота (Glu) – главный возбуждающий медиатор (~ 40% всех нейронов); проведение основных потоков информации в ЦНС (сенсорные сигналы, двигательные команды, память).
Нормальная деятельность ЦНС обеспечивается тонким балансом Glu и ГАМК (Гамма-аминомасляная кислота – главный тормозной медиатор (~40%); запрет проведения «ненужной» info (внимание, двигательный контроль). Нарушение этого баланса (как правило, в сторону уменьшения торможения) негативно влияет на многие нервные процессы – вплоть жо возникновения мощных локальных очагов возбуждения, что введёт к развитию эпилептических припадков. При нарушении баланса Glu и ГАМК:
n синдром дефицита внимания и гиперактивности детей (СДВГ);
n повышенная нервозность и тревожность взрослых;
n нарушения сна, бессонница;
n эпилепсия (часто врождённая патология, у 0.5% населения)
В клинических целях используют агонисты ГАМК и антагонисты Glu. Антагонисты ГАМК и агонисты Glu – яды, вызывающие судороги (конвульсанты).
n Глутаминовая кислота – пищевая аминокислота – входит в состав белков пищи и белков нашего тела; самая распространённая: потребляем с едой 5-10 г в сутки. В водных растворах существует в ионизированном виде, то есть в форме отрицательно заряженного остатка глутамата («глютамата»).
n Для синтеза необходимы: 1.a-кетоглутаровая кислота (промежуточный продукт окисления глюкозы в цикле Кребса; в больших количествах образуется в митохондриях);
2. аминогруппа любой а/к, полученной с пищей; 3. фермент из группы аминотрансфераз.
Такой синтез идёт во всех клетках организма.
n Другой («быстрый») путь синтеза, характерный для нейронов: взаимные превращения Glu и очень сходной пищевой а/к глутамина: замена второй OH-группы Glu на аминогруппу NH2.
Глутамин à Glu (фермент глутамин синтетаза; в пресинаптических окончаниях)
Glu à глутамин (фермент глутаминаза; при инактивации Glu)
Во всех тканях организма (в т.ч. в мозге) очень много Glu. В связи с этим долгое время не могли поверить, что столь распространённое вещество является медиатором ЦНС.
Однако это именно так. Дело в том, что пищевой глутамат почти не преодолевает ГЭБ, и для выполнения медиаторных функций Glu синтезируется непосредственно в пресинаптических окончаниях из глутамина; определённый вклад вносит также образование Glu из a-кетоглутаровой кислоты (a-KG).
После синтеза Glu загружается в везикулы, выбрасывается в синаптическую щель при приходе ПД и влияет на рецепторы, запуская ВПСП.
Введение Glu непосредственно в мозг (в желудочки) вызывает возбуждение ЦНС и судороги.
Сходные эффекты наблюдаются при отравлении агонистами Glu, часть из которых является токсинами растений. Пример: домоевая кислота; вырабатывается некоторыми одноклеточными водорослями; токсин накапливается в телах животных, поедающих фитопланктон (двустворчатые моллюски, некоторые рыбы) и способен отравлять птиц, млекопитающих, человека. Смертельные случаи: западное побережье Канады; «бешенство» птиц в Калифорнии).
Глутамат, помимо действия на рецепторы постсинаптической мембраны, способен влиять на вкусовые клетки-рецепторы языка («вкус белка»). Существуют особые клетки-рецепторы для сладкого, горького, кислого, солёного и глутамата. На мембране – белки-рецепторы к соответствующим веществам. Их активация ведёт к входу Ca2+, выбросу Glu (как медиатора) и возникновению ПД в волокнах вкусовых нервов (VII и IX).
Umami – яп. «мясной»; термин для описания особого «бульонного» вкуса морской капусты, соевого соуса, сыров (пармезан), грибов и т.п. В начале XXв. было показано, что это – вкус глутамата. С тех пор глутамат и его производные всё шире используются как «усилители вкуса» (E620 и др.). Избыток Glu (10г и более одномоментно) может вести к головной боли, потоотделению, сердцебиению («синдром китайского ресторана», не путать с пищевой аллергией).
n Рецепторы глутамата.
В настоящее время выделяют три типа ионотропных и не менее трёх типов метаботропных рецепторов к Glu. Все они запускают ВПСП, повышая проводимость Na+.
Метаботропные рецепторы действуют через цАМФ и ряд других вторичных посредников.
Ионотропные рецепторы названы по агонистам:
NMDA – рецепторы (агонист N-метил –D-аспартат)
AMPA-рецепторы (агонист амино-гидрокси-метил-изоксазол-пропионовая кислота)
Каинатные рецепторы (агонист каиновая кислота)
Рецепторы разных типов различаются по скорости развития ВПСП и способности пропускать не только ионы Na+, но и ионы Ca2+.
Ca2+, в свою очередь, способен действовать как вторичный посредник, изменяя состояние близлежащей постсинаптической мембраны, а также постсинаптической клетки в целом («пластические перестройки синаптической передачи»).
n Наиболее изучены NMDA-рецепторы.
Каждый такой рецептор состоит из 4х белковых молекул; в открытом положении он проницаем для Na+, Ca2+, K+.
Уникальная особенность NMDA-рецепторов состоит в том, что их канал может блокировать ион Mg2+ («магниевая пробка»). В такой ситуации рецептор выключен, и ВПСП не возникает. Однако, если заряд в нейроне оказывается выше уровня –30 мВ, Mg2+ удаляется из канала («выбивание пробки»), и рецептор переходит в рабочее состояние. Этот механизм – один из важнейших способов резко усилить эффективность работы синапса, создать новый канал для передачи информации. Подобные изменения лежат в основе процессов обучения и формирования памяти. Наиболее очевидный способ удаления Mg2+: ПД, запущенный с помощью не-NMDA-рецепторов (например, AMPA), находящихся на той же постсинаптической мембране. Данный синапс исходно не пропускал слабые сигналы, вызывающие небольшой выброс Glu. После однократной сильной стимуляции, запустившей ПД через не-NMDA-рецепторы, произошло «выбивание пробок». Теперь на постсинаптической мембране включились NMDA-рецепторы (их может быть в несколько раз больше, чем не-NMDA), и даже слабый сигнал вызывает большой ВПСП, запуская ПД. Подобного рода синапсы, способные практически мгновенно увеличить эффективность работы, характерны для коры больших полушарий и, особенно, гиппокампа, избирательно связанного с кратковременной памятью.
n Антагонисты Glu.
Основные клинические проблемы связаны с избыточной активностью Glu-синапсов. Соответственно, востребованы антагонисты Glu.
В настоящее время на практике применяют антагонисты наиболее изученного NMDA-рецептора (мемантин, кетамин).
Мемантин: блокирует канал рецептора в его верхней части; снижает тревожность и вероятность эпилептических припадков.
Кетамин (калипсол): блокирует канал рецептора в его нижней части. Вызывает кратковременный, но глубокий наркоз (используется в ветеринарии). На выходе из наркоза возникают галлюцинации (наркотико-подобное действие).
Ламотриджин: ослабляет экзоцитоз Glu; оказывает антиэпилептическое действие.
Более широкое распространение в клинике продолжают сохранять агонисты ГАМК – препараты, «проверенные временем».
n Инактивация Glu:
Из синаптической щели Glu переносится в глиальные клетки, где превращается в глутамин (Gln) (с помощью фермента глутаминазы).
Глутамин затем может перемещаться в пресинаптическое окончание и вновь становиться Glu в митохондриях.
Часть Glu возвращается из синаптической щели прямо в пресинаптическое окончание («обратное всасывание»).
3) 9-3. Дыхательный центр продолговатого мозга и моста, принципы его функционирования.
Роль нейронов-пейсмекеров, механорецепторов легких, хеморецепторов.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
n Головной мозг располагается в полости черепа.
Мозг имеет сложную форму, которая соответствует рельефу свода черепа и
черепных ямок. Верхне-боковые отделы головного мозга вы-
выпуклые, основание уплощено и имеет неровности. В области ос-
основания от головного мозга отходят 12 пар черепных нервов.
Строение и функции мозга связаны с особенностями его
развития. Продолговатый мозг является непосредственным продол-
продолжением спинного мозга. Нижней его границей считают место
выхода корешков первого шейного спинномозгового нерва или перекрест пирамид, верхней границей является задний край моста.
n Мост (Варолиев мост) имеет вид лежащего поперечно
утолщенного валика, от латеральной стороны которого справа
и слева отходят средние мозжечковые ножки. Задняя поверх-
поверхность моста, прикрытая мозжечком, как и задняя поверх-
поверхность продолговатого мозга, участвует в образовании
ромбовидной ямки. Передняя поверхность внизу образует четкую
границу с продолговатым мозгом, а вверху мост граничит с
ножками мозга. Передняя поверхность моста поперечно
исчерчена в связи с поперечным направлением волокон,
которые идут от собственных ядер моста в средние мозжечковые
ножки и дальше — в мозжечок.
n Продолговатый мозг и мост выполняют важнейшие
функции. В чувствительные ядра черепных нервов, расположен-
расположенные в этих отделах мозга, поступают нервные импульсы от ко-
кожи головы, слизистых оболочек рта и полости носа, глотки и
гортани, от органов пищеварения и дыхания, от органа слуха,
вестибулярного аппарата, сердца и сосудов. По аксонам
клеток двигательных и вегетативных (парасимпатических) ядер
продолговатого мозга и моста импульсы следуют не только к
скелетным мышцам головы (жевательным, мимическим, язы-
языка и глотки), но и к гладкой мускулатуре органов
пищеварения, дыхания (бронхи) и сердечно-сосудистой системы,
к слюнным и другим железам. Через ядра продолговатого мозга выполняются многие
рефлекторные акты, в том числе защитные (кашель, мигание,
слезоотделение, чихание). Нервные центры (ядра) продолго-
продолговатого мозга участвуют в рефлекторных актах глотания, сек-
секреторной функции пищеварительных желез. Вестибулярные
(преддверные) ядра, в которых берет начало преддверно-спин-
номозговой путь, выполняют сложнорефлекторные акты пе-
перераспределения тонуса скелетных мышц, равновесия, обес-
обеспечивают «позу стояния». Эти рефлексы получили название
установочных рефлексов. Расположенные в продолговатом
мозге важнейшие дыхательный и сосудодвигательный (сер-
(сердечно-сосудистый) центры участвуют в регуляции функции
дыхания (вентиляции легких), деятельности сердца и сосу-
сосудов; повреждение их приводит к смерти.
В ретикулярных ядрах продолговатого мозга и моста нахо-
находятся центры сна и бодрствования, а также двигательные
центры, образующие спинно-ретикулярный тракт. В верхней
части ромбовидной ямки находится область, называемая
«голубое пятно».
Продолговатый мозг и мост выполняют ряд «жизненно важных» функций; здесь находятся:
¨ дыхательный и сосудодвигательный центры;
¨ центры, обеспечивающие врождённое пищевое поведение (вкусовая чувствительность, сосание, глотание, слюноотделение и др.);
¨ ряд двигательных центров, связанных с мозжечком;
¨ слуховые и вестибулярные ядра; центры сна и бодрствования и др.
Центральная часть – ретикулярные ядра (ретикулярная формация – РФ); окружена ядрами, связанными с V-XII черепными нервами и рядом других ядер (голубое пятно, нижняя олива и т.д.)
Дыхательные нейроны, активность которых вызывает инспирацию (вдох) или экспирацию (выдох), называются соответственно инспираторными и экспираторными нейронами. Инспираторные и экспираторные нейроны иннервируют дыхательные мышцы.
Среди нейронов вдоха ключевую роль играют клетки-пейсмекеры, находящиеся в ядрах нижней части ромбовидной ямки.
Врождённо обусловленная частота их активации у человека: примерно 1 волна в 5 сек (12 раз в минуту = частота дыхания во сне).
От клеток-пейсмекеров (генераторов ритма)(Интересным вариантом генерации ПД являются пейсмекер-
ные нейроны (клетки-пейсмекеры). Они обладают большой по-
постоянной проницаемостью мембраны для ионов Na+. В резуль-
результате у клеток-пейсмекеров не существует стабильного ПП. Раз-
Разность потенциалов на их мембране постоянно стремится вверх.
Когда она достигает порогового значения, происходит запуск
ПД.) ПД передаются к другим дыхательным нейронам и мотонейронам шейных и грудных сегментов спинного мозга, запускающим сокращение диафрагмы и межрёберных мышц.
Вдох приводит к постепенному растяжению лёгких и стенок грудной клетки. Растяжение активирует особые механорецепторы (отростки чувствительных нервных клеток, входящие в состав X нерва), передающие сигнал в продолговатый мозг и мост. Этот сигнал тормозит инспираторные и включает экспираторные нейроны (вдох сменяется выдохом). После выдоха возникает пауза (до нового включения пейсмекеров). На частоту работы пейсмекеров (долю постоянно открытых Na+-каналов) влияют сигналы от хеморецепторов и ствола мозга.
Хеморецепторы: концентрация O2 и CO2 в крови; влияния ствола: эмоции (голубое пятно), температура (гипоталамус), центры бодрствования, боль, стресс и др. Возможен, кроме того, произвольный контроль дыхания.
Ещё о дыхательных центрах:
· инспираторные нейроны – это не только пейсмекеры, но и клетки, «зацикливающие» ПД по замкнутому контуру, что даёт возможность оказывать на мотонейроны стабильное активирующее действие;
· хеморецепторы CO2 (и H+) представляют собой нейроны на дне ромбовидной ямки; активируются в основном при физической нагрузке;
· хеморецепторы O2 расположены в каротидном синусе (область разветвления на наружную и внутреннюю сонные артерии); важны, например, при подъёме в горы (на высоте 5км воздуха в 2 раза меньше);
· пробуждение приводит к активации пейсмекеров центрами бодрствования, и частота дыхания растёт до 16-18 в мин; при эмоциях и физической нагрузке – до 30-40 в мин.
Передача информации о содержании O2 в крови идёт по волокнам IX нерва.
Билет №10.
1) 10-1. Потенциал покоя (ПП) нервных клеток. Роль Na+-K+-насоса и постоянно открытых
ионных каналов. Уравнение Нернста, связь ПП с диффузией ионов Na+ и К+.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Электрические свойства нейронов. Потенциал покоя и потенциал действия.
Сигнал по мембране нейрона передаётся в виде коротких электрических импульсов – потенциалов действия (ПД). Этот процесс можно сравнить с передачей информации с помощью включения и выключения фонарика (ПД= «вспышка света»).
Но для того, чтобы фонарик работал, нужна батарейка – источник электрической энергии. В случае нейрона таким источником является постоянный внутриклеточный заряд – потенциал покоя (ПП).
n Потенциал покоя нейрона – его постоянный отрицательный заряд, равный в среднем –70 мВ. Измерить ПП можно с помощью тончайшей, особым образом вытянутой стеклянной трубочки-микроэлектрода. Его кончик имеет диаметр <1 мкм, что позволяет практически без повреждения мембрану клетки. Микроэлектрод (в т.ч. канал внутри кончика) заполнен раствором соли, проводящим электрический ток. Это позволяет оценить, сравнить заряд цитоплазмы нейрона с зарядом межклеточной среды.
n Наличие ПП – результат жизнедеятельности нейрона, совместного функционирования всех биополимеров и органоидов клетки; погибший нейрон быстро теряет ПП. Первопричина ПП – разность концентраций ионов K+ и Na+ внутри и снаружи нейрона. Эту разность создаёт работа особого белка-насоса Na+-K+-АТФазы (Na+-K+-насоса).
n Na+-K+-АТФаза обменивает находящиеся внутри клетки ионы Na+ на захваченные в межклеточной среде ионы K+, затрачивая значительное количество АТФ.
В результате работы Na+-K+-АТФазы в нейроне оказывается примерно в 10 раз меньше Na+ и в 30 раз больше K+, чем в межклеточной среде.
· K+ “out”: K+ “in” = 1: 30
· Na+ “out”: Na+ “in” = 10: 1
Несмотря на всё это, до момента созревания (происходит на 2-3 месяце эмбрионального развития) нейрон не имеет заряда, и количество положительных (прежде всего, K+) и отрицательных ионов в его цитоплазме примерно одинаково. Признак созревания – появление на мембране нейрона постоянно открытых K+-каналов (определяется включением соответствующего гена). В результате становится возможной диффузия K+ из клетки.
· Как долго идёт диффузия K+ из нейрона?
Очевидный вариант («до выравнивания концентраций») неверен, поскольку двигаются заряженные частицы, и выход K+ сопровождается накоплением в цитоплазме отрицательного заряда. Этот отрицательный заряд мешает диффузии и в конце концов останавливает её. Возникает состояние «динамического равновесия»: число ионов K+, покинувших клетку благодаря диффузии = числу ионов K+, втянутых в клетку отрицательным зарядом цитоплазмы.
ПП – это отрицательный заряд цитоплазмы, останавливающий диффузию ионов K+ в межклеточную среду.
n «Уравнение Нернста»: ПП ~ lg (K+ “out”/K+ “in”)
Коэффициент пропорциональности равен 61.5 мВ для Т=36.6С; логарифм равен –1.48 (для соотношения концентраций 1/30).
С учётом этого ПП = -91 мВ («равновесный потенциал» для K+)
Такой вход Na+ ведёт к сдвигу заряда цитоплазмы вверх и частичной потере ПП (отсюда название – «ток утечки Na+»).
В реальной клетке ПП находится ближе к нулю (в среднем –70мВ). Причина: существование небольшого количества постоянно открытых каналов для ионов Na+. Избыток ионов Na+ в межклеточной среде, а также их притяжение к отрицательно заряженной цитоплазме приводят к входу Na+ в клетку.
n Ограничивает вход Na+,
· во-первых, малое число постоянно открытых Na+-каналов;
· во-вторых, работа Na+-K+-АТФазы, которая «откачивает» Na+, обменивая его на K+.
n В целом ПП зависит от 3х главных факторов:
· диффузии K+ из клетки;
· диффузии Na+ в клетку;
· работы Na+-K+-АТФазы.
Диффузия K+ из клетки определяется разностью концентраций K+ “out” и K+ “in”.
Если увеличить K+ “out”, то разность концентраций станет меньше, диффузия – слабее, и для её остановки потребуется не столь значительный ПП (произойдёт сдвиг заряда цитоплазмы вверх до достижения новой точки равновесия).
Если снизить K+ “out”, то разность концентраций станет больше, диффузия – сильнее, и для её остановки потребуется более значительный ПП (сдвиг заряда цитоплазмы).
Диффузия Na+ в клетку зависит, прежде всего, от концентрации постоянно открытых Na+-каналов на мембране. Эта величина, в свою очередь, является стабильным свойством конкретного нейрона. Чем больше таких каналов, тем ПП ближе к нулю, чем меньше – тем ПП ближе к уровню –91мВ.
Чем ближе ПП к нулю, тем возбудимее нейрон (такие нужны, например, в центрах бодрствовани<