Строение и функции нервной системы. Нервная система регулирует деятельность всех органов и систем, обеспечивая их функциональное единство
и связь организма с внешней средой. Нервная система оказывает на органы следующие виды воздействий:
пусковое — вызывающее или прекращающее функцию органа;
сосудодвигательное — регулирующее кровоснабжение органа за счет изменения просвета сосуда;
трофическое — изменяющее интенсивность обмена веществ.
Различают центральную нервную систему (ЦНС) — скопление нейронов,
образующих спинной и головной мозг, и периферическую — скопления нервных
клеток и отростки, образующие спинномозговые и черепномозговые нервы
(рис. 2.2).
По функции нервная система условно подразделяется на соматическую
(анимальную) и вегетативную (автономную). Соматическая нервная система осуществляет преимущественно функции связи организма с внешней сре-
•• •
16
дой, управляет скелетной мускулатурой, она
контролируется сознанием. Вегетативная
нервная система иннервирует (соединяет)
внутренние органы, ЦНС, поддерживает
постоянство внутренней среды организма
(гомеостаз), она непроизвольная (не контролируется сознанием).
Нервная клетка (нейрон) — структурно-функциональная единица нервной системы. В каждом нейроне различают тело, состоящее из ядра и протоплазмы, и два вида
отростков: один длинный — аксон и много
коротких — дендриты (рис. 2.3).
С помощью дендритов нервные клетки
получают сигналы, а по аксонам передают
импульсы на другие клетки. Отростки связывают нейроны между собой и с соматическими клетками посредством синапсов. Тела
нейронов формируют серое вещество, а пучки отростков — белое вещество.
Пути, по которым нервные импульсы
поступают в мозг от рецепторов, называются
афферентными (центростремительными,
или восходящими). Преобразованные в мозге
сигналы поступают к исполнительным тканям по нисходящим, центробежным или эфферентным нервным путям.
В тканях головного и спинного мозга содержится много липидов и липоидов (фосфатидов, стеринов и др.), которые находятся в составе клеточных мембран нервных клеток и миелиновой оболочки нервных волокон. Они обеспечивают
мембранам необходимые свойства, способствуют проведению нервного импульса. Особенно важны для нервной ткани лецитин и кефалин, поступающие с жироподобными веществами пищи.
Мембрана нейрона имеет электрический заряд, обусловленный разной
концентрацией анионов и катионов (натрий, калий, хлор, кальций) внутри и вне
клетки вследствие различных сложных механизмов, — потенциал покоя (мембранный потенциал). Потенциал покоя — это алгебраическая сумма всех зарядов ионов вне и внутри клетки, а также отрицательных внешних и внутренних
поверхностных зарядов самой мембраны. Различные концентрации ионов вне
и внутри клетки обусловлены проницаемостью мембраны — способностью
пропускать воду, незаряженные и заряженные частицы согласно законам диффузии и фильтрации.
Рис. 2.2. Строение нервной системы
человека:
1 — головной мозг; 2 — спинной мозг;
3 — периферические нервы
17
Главное значение в формировании мембранных потенциалов имеет ионный
насос — транспортная система, обеспечивающая перенос иона с затратой энергии вопреки концентрационному и электрическому градиентам. Так, в результате
сопряженного транспорта натрия и калия поддерживается постоянная разность
концентраций этих ионов вне и внутри клетки.
В покое внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно, а внешняя
по отношению к внутренней — положительно. При действии раздражителя на
нервную клетку изменяется проницаемость ее мембраны, ионы перемещаются
в клетку и из клетки по электрохимическому градиенту — формируется потенциал действия, который отражает процесс возбуждения. Возбуждение — сложная совокупность физических и химических процессов, в результате которых
происходит быстрое и кратковременное изменение мембранного потенциала.
Потенциал действия обеспечивает передачу сигналов между нейронами, нервными центрами и рабочими органами.
Функциональное межклеточное соединение, осуществляющее перенос
нерв ной информации за счет преобразования электрического сигнала в химический, осуществляется посредством синапса (рис. 2.4).
Рис. 2.3. Строение нейрона
18
Нервный импульс изменяет внутренние структуры клетки, в результате высвобождаются специфические химические вещества — медиаторы,
воздействующие на рецепторный аппарат другой
клетки и вызывающие ее возбуждение.
Спинной мозг располагается в позвоночном
канале и представляет собой тяж длиной 41–45 см,
состоящий из заложенного внутри серого вещества, окруженного белым веществом (рис. 2.5).
Нервные центры спинного мозга регулируют обмен веществ, работу и тонус скелетной мускулатуры; проводящие пути связывают отдельные отделы
ЦНС между собой.
Головной мозг является расширенным передним концом спинного мозга
и состоит из нескольких, отличающихся по строению отделов (рис. 2.6).
В продолговатом мозге расположены жизненно важные центры — сердечно-сосудистый, дыхательный, а также центры некоторых защитных и пищевых
рефлексов (кашель, чихание, рвота, сосание, глотание). Через продолговатый
мозг проходят проводящие пути, соединяющие спинной мозг с головным.
Средний мозг представлен четверохолмием с ядрами серого вещества. Он
участвует в регуляции мышечного тонуса, осуществлении установочных рефлексов, благодаря которым человек может стоять и ходить. В среднем мозге также располагаются центры ориентировочных слуховых и зрительных рефлексов
(поворот головы в сторону светового и звукового раздражителей).
Рис. 2.4. Строение синапса:
1 — аксон; 2 — постсинаптическая мембрана;
3 — синаптические пузырьки; 4 — пресинаптическая мембрана;
5 — синаптическая щель
Рис. 2.5. Строение спинного мозга (поперечный разрез)
19
Промежуточный мозг включает таламус (область зрительного бугра)
и гипоталамус. Таламус является местом переключения всех чувствительных
проводников, поднимающихся в кору, он
обеспечивает двигательные и вегетативные реакции, связанные с сосанием, жеванием, смехом. Ядра таламуса отвечают
за переработку всех видов чувствительности.
Гипоталамус — часть промежуточного мозга, входит в состав лимбической
системы. Это сложно организованный
отдел мозга, выполняющий целый ряд
вегетативных функций, отвечает за гуморальное и нейросекреторное обеспечение
организма, эмоциональные поведенческие реакции, пищевое поведение. Нейроны гипоталамуса особо чувствительны
к составу омывающей их крови (изменениям рН, содержанию катехоламинов,
ионов калия и натрия, глюкозы) и способны к секреции пептидов, гормонов, медиаторов.
Гипоталамус имеет связи со всеми отделами ЦНС, ретикулярной формацией ствола мозга. Гипоталамус является главным подкорковым центром, регулирующим вегетативные функции, обеспечивает механизмы терморегуляции,
в нем находится пищевой центр.
Ретикулярная формация располагается в толще мозгового ствола и связана
почти со всеми структурами ЦНС. Она выполняет роль интегративного аппарата мозга, регулирует информацию, поступающую в кору, а также деятельность
внутренних органов.
Большие полушария (передний отдел головного мозга) состоят из белого
вещества, покрытого серым в виде коры, образующей борозды и извилины, что
увеличивает ее площадь. Толщина коры составляет 1,3–4,5 мм, площадь — около 2200 см2. В ее состав входит более 10 млрд нейронов.
В коре различают чувствительные (сенсорные), двигательные (моторные)
и ассоциативные зоны. В сенсорных зонах представлены корковые концы всех
анализаторов. Нейроны моторных зон управляют координацией сложных движений, анализируют импульсы, поступающие от мышц, связок, костей. В ассоциативных зонах осуществляются высшие психические функции — память, мышление.
Головной мозг считается функционально асимметричным вследствие неравномерного распределения центров в коре. В левом полушарии располагаются
Рис. 2.6. Строение головного мозга
(продольный разрез):
1 — продолговатый мозг; 2 — средний мозг;
3 — промежуточный мозг; 4 — гипофиз;
5 — правое полушарие; 6 — мозжечок
20
центры письменной речи, чтения, логического мышления, в правом — конкретного. Ассоциативная кора пластична, ее нейроны способны к перестройке в зависимости от поступающей информации.
Мозжечок состоит из двух полушарий, поверхность его покрыта серым веществом, центральная часть представлена белым веществом, в котором заложены ядра. Мозжечок регулирует движения, делая их точными и соразмерными,
обеспечивает сохранение равновесия тела в пространстве.
Симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной
системы. Эти отделы имеют центральную и периферические части. Центральные
структуры расположены в разных отделах ЦНС, периферические представлены
ганглиями и нервными волокнами. Большинство внутренних органов получают
как симпатическую, так и парасимпатическую иннервацию, противоположные
по оказываемому влиянию (рис. 2.7).
Многие внутренние органы наряду с симпатической и парасимпатической
иннервациями имеют собственный местный нервный механизм регуляции —
внутриорганный.
Центры симпатической нервной системы представлены ядрами, расположенными в грудном и поясничном отделах спинного мозга. При возбуждении
симпатических нервов усиливается работа сердца, расслабляется мускулатура
бронхов и увеличивается их просвет, снижается моторная и секреторная деятельность ЖКТ, прекращается выделение мочи и желчи, расширяется зрачок,
повышается кровяное давление, поступает в кровь глюкоза, повышается катаболизм тканей.
Таким образом, симпатическая нервная система выполняет адаптационно-трофическую функцию, т. е. влияет на интенсивность обменных процессов
и приспособление их к условиям существования.
Симпатическая нервная система отвечает на любой стресс. Ее возбуждение
приводит к увеличению активности мозгового вещества надпочечников и выделению адреналина. Поэтому симпатическую нервную систему и надпочечники
объединяют понятием «симпатоадреналовая система».
Симпатический отдел автономной нервной системы — это система тревоги, мобилизации защитных сил и ресурсов организма.
Центрами парасимпатического отдела автономной нервной системы являются ядра, находящиеся в среднем мозге, продолговатом мозге и крестцовом отделе спинного мозга.
Парасимпатические волокна иннервируют, как правило, только определенные части тела, которые имеют также симпатическую, а иногда и внутриорганную иннервацию.
При возбуждении парасимпатических нервов тормозится работа сердца,
повышается тонус гладкой мускулатуры бронхов, в результате чего уменьшается
21
их просвет, сужается зрачок, стимулируются процессы пищеварения (моторика
и секреция), обеспечивая тем самым восстановление уровня питательных веществ в организме, активизируется анаболизм тканей, происходит опорожнение
желчного пузыря, мочевого пузыря, прямой кишки.
Рис. 2.7. Изменение функций внутренних органов при раздражении
симпатических (серые стрелки) и парасимпатических (черные стрелки) волокон:
1 — сосуды головного мозга; 2 — зрачок; 3 — слюнные железы; 4 — периферические сосуды;
5 — бронхи; 6 — сердце; 7 — желудок; 8 — надпочечник; 9 — кишечник; 10 — мочевой пузырь;
11 — органы размножения
22
Парасимпатическая нервная система выполняет трофотропную функцию,
т. е. направлена на восстановление и поддержание постоянства внутренней среды, нарушенного в результате возбуждения симпатической нервной системы.
Медиаторами вегетативной нервной системы являются: ацетилхолин (эфир
холина с уксусной кислотой), который высвобождается в окончаниях парасимпатических волокон и повышает их тонус, и норадреналин, обеспечивающий
химическую передачу нервного импульса в синапсах симпатической нервной
системы.
Норадреналин образуется в результате окисления аминокислоты фенилаланина и последующего декарбоксилирования образовавшегося соединения. Для
этого процесса требуется витамин B6 (пиридоксин), который также необходим
для образования некоторых других медиаторов — серотонина, гамма-аминомасляной кислоты.
Витамин B1 (тиамин) участвует в синтезе ацетилхолина и тормозит активность фермента ацетилхолинэстеразы, расщепляющей этот медиатор. При недостатке тиамина нарушается условно-рефлекторная деятельность мозга, значительно снижаются процессы возбуждения и усиливается торможение, что приводит к ухудшению работоспособности человека.
Рефлекс и рефлекторная дуга. Основной формой деятельности ЦНС является рефлекс — определенная ответная реакция организма на действие раздражителя. Структурную основу рефлекса, его материальный субстрат составляет
рефлекторная дуга — нейронная цепь, по которой проходит нервный импульс от
рецептора к исполнительному органу (рис. 2.8).
В состав рефлекторной дуги входят: воспринимающий раздражение рецептор; чувствительное волокно (аксон чувствительного нейрона), по которому
возбуждение передается в ЦНС; нервный центр; эфферентное нервное волокно
(аксон моторного нейрона), по которому возбуждение направляется к органу.
Воспринимающие рецепторы строго дифференцированы и чувствительны
только к определенным раздражителям. Так, в слизистой оболочке языка находятся вкусовые сосочки — вкусовые рецепторы, воспринимающие воздействия,
оказываемые пищей (сладкое, соленое,
кислое, горькое). В коже тактильные рецепторы реагируют на прикосновение,
терморецепторы — воспринимают холод
Рис. 2.8. Строение рефлекторной дуги:
1 — нервное окончание чувствительного волокна
в коже; 2 — чувствительное нервное волокно;
3 — нервный центр; 4 — двигательное нервное
волокно; 5 — нервное окончание в мышце
23
и тепло. В стенках кровеносных сосудов расположены хеморецепторы, определяющие изменения химического состава крови, а также барорецепторы, реагирующие на изменения кровяного давления. Самые сложные рецепторы — зрительные и слуховые.
Следует отметить, что в большинстве рефлекторных актов одновременно
участвуют и высший отдел ЦНС (кора головного мозга), и низшие отделы.
В основе деятельности нервной системы лежит смена процессов торможения и возбуждения, которые взаимосвязаны и взаимообусловлены. Под действием нервных импульсов, поступающих от органов и тканей в нейроны коры
головного мозга, последние переходят в активное состояние — состояние возбуждения. Затем происходит иррадиация — возбуждение распространяется на
близлежащие участки коры.
По мере распространения возбуждение постепенно уменьшается и угасает
на периферии. При этом по периферии возбужденного очага индуцируется противоположный процесс — торможение. Чем сильнее возникшее возбуждение,
тем сильнее торможение. Оно оттесняет возбуждение с периферии к центру, что
приводит к концентрации возбуждения в том участке коры, в который адресовано действие раздражителя. Такими раздражителями могут быть как непосредственные воздействия на органы чувств, так и слова, их обозначающие.
Большинство рефлексов представляют собой сложные, последовательно
и одновременно совершающиеся реакции. Рефлексы при нормальном состоянии
организма строго упорядочены, так как имеются общие механизмы их координации, которые избирательно возбуждают одни центры и тормозят другие. Координация — это объединение рефлекторной деятельности ЦНС в единое целое,
обеспечивающее реализацию всех функций организма.
В коре головного мозга при определенных условиях может возникать застойный доминантный (главенствующий) очаг возбуждения, притягивающий
импульсы, направленные в другие центры. Эти импульсы усиливают возбуждение доминантного очага, который, в свою очередь, подавляет активность других
центров, расположенных рядом. В зону торможения может попасть и корковый
участок пищевого центра, что приведет к угнетению пищевого поведения.
В образовании и хранении памяти (следов действия раздражителей) на нервную клетку участвует генетический аппарат нейрона в виде рибонуклеиновой
кислоты (РНК), строение которой изменяется под их влиянием. Индуцируя синтез белка по своей программе, РНК определяет особое специфическое сочетание
в нем аминокислот. Новый белок более чувствителен к тому раздражителю, который первоначально вызвал его образование.
Учение о рефлекторном характере деятельности высших отделов головного мозга впервые было обосновано основоположником отечественной физиологии И. М. Сеченовым (1829–1905). В дальнейшем это учение получило развитие
в научных трудах И. П. Павлова (1849–1936), который всю совокупность реф
24
лекторных реакций, происходящих в организме, разделил на две основные группы — безусловные и условные рефлексы.
Безусловные рефлексы — это врожденные, постоянные рефлексы, передающиеся по наследству. Они осуществляются в ответ на сигналы, непосредственно
воздействующие на определенные рецепторы. Безусловные рефлексы осуществляются на уровне спинного мозга и мозгового ствола. К основным безусловным
относят рефлексы пищевой, сосательный, самосохранения и половой.
Условные рефлексы формируются в процессе индивидуальной жизни каждого организма в ответ на воздействие различных возбудителей на основе безусловных рефлексов.
Примером формирования условного рефлекса является известный опыт
И. П. Павлова, в котором зажигание лампочки многократно сочеталось с кормлением собаки. Через некоторое время включение лампочки вызывало такое же
слюноотделение, как и действие непосредственного раздражителя — корма, который животные не получали. Эта связь является временной, так как если длительное время не сочетать зажигание лампочки с действием пищевого раздражителя, условный рефлекс угасает.
Чем разнообразнее и многочисленнее сочетание условных и безусловных
раздражителей, тем большее количество условных рефлексов формируется и тем
лучше приспособление организма к постоянно изменяющимся условиям окружающей среды.
Всю совокупность безусловных и условных рефлексов делят на пищевые,
оборонительные, половые, статокинетические, моторные, ориентировочные,
поддерживающие гомеостаз и др.
И. П. Павлов назвал непосредственно воздействующие раздражители первой сигнальной системой, а слова, их обозначающие, — второй сигнальной
системой. Действие на организм человека второй сигнальной системы имеет
большое значение. Так, неосторожное высказывание, грубое слово, окрик и т. п.
могут стать причиной серьезных изменений в организме, что следует учитывать
всем людям. Руководителям следует помнить, что умелое использование слова
как мощного раздражителя нервной системы способствует созданию в коллективе благоприятной психологической обстановки, высокой работоспособности
и сохранению здоровья.
Большой вклад в раскрытие физиологических механизмов приспособительной реакции организма внес академик П. К. Анохин (1898–1974). Он выявил
существование функциональных систем, которые возникают в организме в ответ
на действие раздражителей. При этом в реакцию включается целый ряд органов,
что обеспечивает наиболее совершенное приспособление организма к данным
условиям существования.
П. К. Анохин впервые показал значение результата реакции для образования опережающих условных рефлексов. Так, специфические функциональные
25
системы обусловливают активацию пищевого поведения, подготовку ЖКТ к перевариванию пищи и т. д. Завершающая стадия обработки пищи и ассимиляция
пищевых веществ связаны с обратным действием питательных веществ на центральные нервные структуры.
Влияние питания на функциональное состояние нервной системы. Питание человека оказывает большое влияние на функции нервной системы и образование медиаторов. Многие аминокислоты служат исходным материалом для
образования ряда нейромедиаторов и гормонов. Установлено, что недостаток
белков в рационе влечет торможение ЦНС, ухудшает формирование условных
рефлексов, снижает способности к обучению и запоминанию, ослабляет процессы торможения и возбуждения в коре головного мозга. При избытке белков в питании повышается возбудимость ЦНС.
Углеводы — главный источник энергии для работы мозга, они должны
постоянно доставляться с кровью в виде глюкозы, так как количество гликогена
в нервных клетках незначительно. При дефиците глюкозы в крови развивается
торможение коры головного мозга, поэтому из-под ее контроля высвобождаются
подкорковые центры, усиливающие эмоциональные реакции. Легкоусвояемые
углеводы тонизируют кору головного мозга, снимают усталость и повышают
умственную работоспособность.
Высшие отделы нервной системы чувствительны к витамину РР (ниацину).
Дефицит ниацина в рационе приводит к глубоким изменениям в ЦНС вследствие
повреждения нейронов.
В образовании норадреналина участвует витамин С, этот витамин защищает адреналин от окисления и восстанавливает его производные.
Функция нейронов зависит от того, насколько снабжен организм минеральными веществами. Так, ионы натрия, калия и кальция участвуют в передаче
информации. Эти минеральные вещества, а также магний и фосфор влияют на
активность ферментов, катализирующих процессы обмена в нервных клетках
и образование медиаторов. Ионы марганца повышают возбудимость ЦНС. Ионы
меди влияют на условно-рефлекторную деятельность головного мозга и процессы возбуждения и торможения в нем; их содержание в коре головного мозга значительно больше, чем в других тканях.