Поиски нервных центров, ответственных за поддержание постоянства температуры тела, были начаты более ста лет назад с использованием методов перерезок, экстирпаций и раздражения. В итоге выяснилось, что за регуляцию теплоотдачи ответственна передняя область гипоталамуса, тогда как ядра его заднего отдела осуществляют регуляцию теплообразования и нередко обозначаются как «центр сохранения тепла».
К переднему отделу гипоталамуса относятся парные паравентрикулярные супраоптические и супрахиазменные ядра, а также медиальные преоптические ядра. К заднему отделу гипоталамуса – области мамиллярных тел – относятся медиальные, латеральные и промежуточные ядра.
Первые экспериментальные факты, показывающие, что реакции терморегуляции могут быть вызваны изменениями температуры мозга, были получены в опытах с согреванием или охлаждением крови в сонных артериях кроликов и собак. Авторы этих работ не сомневались, что на изменения температуры крови реагируют нейроны, омываемые этой кровью. Значительно позже было развито представление о наличии в переднем отделе гипоталамуса истинных терморецепторов, реагирующих на повышение температуры.
Центры заднего отдела гипоталамуса, согласно этой концепции, не обладают термической чувствительностью и представляют собой синаптические реле, к которым стекаются афферентные импульсы от кожных холодовых рецепторов и тепловых рецепторов медиальной преоптической области, причем последние оказывают тормозящее влияние.
Локальное изменение температуры переднего отдела гипоталамуса в термонейтральных условиях внешней среды вызывает адекватные физиологические реакции терморегуляции. Нагреванием гипоталамуса стимулируется тепловая одышка, периферическая вазодилатация и тормозится холодовая дрожь, если она имела место, в результате чего ректальная температура снижается. Наоборот, охлаждением гипоталамуса можно вызвать вазоконстрикцию, повышение теплопродукции, дрожь и торможение имевшейся у животного тепловой одышки, приводящие к повышению ректальной температуры.
Начало изучению термочувствительности спинного мозга было положено в лаборатории Тауэра в 1964г. При изучении механизмов терморегуляции авторы отошли от обычной схемы сопоставления: температура мозга – температура кожи. У собак, погруженных в ванну, поддерживали устойчивую кожную и мозговую температуру, а реакции терморегуляции вызывали введением в желудок холодной либо нагретой воды. В дальнейшем, для изучения термочувствительности спинного мозга была разработана методика эпидурального введения, а позже и хронической имплантации в позвоночный канал термода с проточной водой.
Перерезка задних корешков спинного мозга, исключающая возможность рефлекторных влияний с периферии, не препятствовала появлению дрожи при охлаждении спинного мозга. Локальное согревание спинного мозга кроликов вызывало периферическую вазодилатацию и учащение дыхания. Таким образом, выяснилось, что изменения температуры спинного мозга отражаются на обеих сторонах терморегуляции – теплообразовании и теплоотдаче.
В результате экспериментальной работы ряда авторов выяснилось, что не только сенсорные элементы, но и мотонейроны передних рогов спинного мозга чувствительны к локальным изменениям температуры. Умеренное охлаждение (до 36,2оС) снижает порог ортодромной и антидромной стимуляции α-мотонейронов, и это повышение возбудимости связано с деполяризующим действием холода, уменьшающего исходную величину мембранного потенциала. Противоположное действие согревания до 39-40оС выражается в гиперполяризации мотонейрона и снижении его возбудимости.
Ноцицепция
Ноцицептивная чувствительность (noceo – повреждаю + receptivus – восприимчивый) – чувствительность к действию раздражителя, вызывающего в организме ощущение боли. Полагают, что возникающая в ответ на раздражение боль как комплексная функция в наиболее полной мере свойственна только организму человека. У животных также возникают подобные процессы, но они не идентичны тем, которые наблюдаются у человека. Раздражение воспринимается как экстеро-, так и интерорецепторами (ноцицепторами).
Некоторые исследователи относят к ним специализированные, свободные немиелизированные нервные окончания и считают, что они специфичны, подобно фото- или фонорецепторам; другие считают, что ноцицептивным может быть любое возбуждение по достижении раздражителем определенного порога. Предполагают, что по характеру возникновения возбуждения ноцицепторы относятся к хеморецепторам. Химическими раздражителями при этом служат вещества, которые до раздражения находятся в клетке (брадикинины, ионы калия). Ноцицептивное возбуждение передается в ЦНС по тонким безмякотным волокнам типа С, но не исключена возможность участия в этом процессе волокон типа А и В. Существуют вариации ноцицептивной чувствительности до полного ее отсутствия, наблюдаемого при аналгии.
Боль - психофизиологическая реакция животных и человека на повреждающий раздражитель, вызывающий в организме органические или функциональные нарушения. Важнейший компонент боли - субъективные ощущения, носящие характер страдания. Боль - врожденная сигнальная реакция, но в течение жизни условнорефлекторные компоненты могут облегчать или усиливать ее.
Принято рассматривать боль как нейрофизиологический феномен, имеющий периферический и центральный механизмы, причем последние играют ведущую роль в формировании боли. С развитием электрофизиологических методов было установлено, что кроме проведения возбуждения спинной мозг выполняет функции модулятора афферентных возбуждений, в частности болевых. Особую роль при этом играют клетки так называемой желатинозной субстанции, находящейся в боковых рогах спинного мозга.
При повреждающем (ноцицептивном) раздражении кожи и внутренних органов в головном мозге возникает восходящий поток активации, обуславливающий генерализованное возбуждение коры больших полушарий. В обеспечении этого процесса особую роль играет ретикулярная формация. Важное значение придают и другим подкорковым структурам: таламусу, гипоталамусу, лимбической системе. Коре больших полушарий отводится решающая роль в осознании боли и в проекции болевого ощущения на определенную область тела.
Эмоциональные компоненты - функции преимущественно подкорковых образований. В механизмах обработки поступающей с периферии информации важную роль играют ацетилхолин-, норадреналин-, серотонинергические системы. Биологическое значение боли определяется тем, что она вызывает оборонительную реакцию, направленную на сохранение целостности живого организма. Сигнальное, охранительное значение боль имеет до определенного предела, за которым она превращается в фактор, способствующий развитию болезненных изменений в организме. В нейрохимических механизмах регуляции боли важная роль принадлежит нейропептидам - эндорфинам и энкефалинам.
Эндорфины, эндогенные морфины – пептиды с морфиноподобным действием, вырабатывающиеся в ЦНС позвоночных (преим. в лимбической системе, гипофизе, гипоталамусе); участвуют в нейрохимических механизмах болеутоления, уменьшают двигательную активность желудочно-кишечного тракта. Выделены в чистом виде из гипофиза. По химическому строению совпадают с С-концевыми фрагментами полипептидного гормона гипофиза b-липотропина. Известны альфа-эндорфин (фрагмент с 61 по 76 аминокислотный остаток b-липотропина; мол. масса 1746), β-эндорфин (фрагмент 61-91; мол. масса 3699) и γ-эндорфин (фрагмент 61-77; мол. масса 1859).
Молекулы всех эндорфинов содержат структуру метионин-энкефалина (фрагмент 61-65 b-липотропина), также проявляющего морфиноподобное действие. Эндорфины образуются при протеолизе высокомолекулярного белка-предшественника проопиомеланокорт ина, в состав молекулы которого входят структуры кортикотропина, меланоцитстимулирующего гормона и b-липотропина. В ткани мозга эндорфины, как морфин и энкефалины, связываются с опиатными рецепторами.
Обезболивающее действие эндорфинов наблюдается лишь при их введении непосредственно в мозг. Наибольшая морфиноподобная активность – у β-эндорфинов. Предполагают, что эндорфины могут быть медиаторами или модуляторами торможения боли. Действуя на ЦНС, эндорфины вызывают седативный (успокаивающий) и каталептический (оцепеняющий) эффекты. Эндорфины могут стимулировать или подавлять секрецию гормонов гипофиза. В нервных процессах регуляции боли и обезболивания, наряду с эндорфинами и энкефалинами может участвовать субстанция Р, вырабатывающаяся в нервной системе и кишечнике.
Энкефалины – пептиды с морфиноподобным действием, вырабатывающиеся в ЦНС позвоночных (преимущественно в лимбической системе, гипофизе и гипоталамусе). Участвуют в нейрохимических процессах обезболивания, уменьшают двигательную активность желудочно-кишечного тракта. Найдены также в эндокринных клетках и нервных волокнах желудка и кишечника.
Известны метионин-энкефалин (молекулярная масса 574) и лейцин-энкефалин (молекулярная масса 556); оба построены из 5 аминокислотных остатков и различаются лишь С-концевыми остатками (метионин или лейцин). Метионин-энкефалин идентичен по химической структуре фрагменту 61-65 гипофизарного гормона β-липотропина. Энкефалины связываются, как морфин и эндорфины, с опиатными рецепторами. Обезболивающее действие энкефалинов обнаруживается лишь при их введении непосредственно в мозг. Предполагают, что энкефалины – специфические медиаторы торможения боли.